JP3570448B2

JP3570448B2 - Charging roll and image forming apparatus

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Publication number: JP3570448B2
Application number: JP32500995A
Authority: JP
Inventors: 剛史大石; 治彦高橋; 廣光菊池
Original assignee: Zeon Corp
Current assignee: Zeon Corp
Priority date: 1995-11-20
Filing date: 1995-11-20
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2015-11-20
Also published as: JPH09146345A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真複写機などの画像形成装置において、感光体ドラム（像担持体）と接触して配置されている帯電ロールに関し、更に詳しくは、電気抵抗の環境依存性が小さく、安定した半導電性を有し、低硬度で、動摩擦係数が小さく、感光体ドラムに対する汚染がなく、トナーの付着によるカブリの発生がない帯電ロールに関する。また、本発明は、このような優れた特性を有する帯電ロールを備えた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真複写機などの画像形成装置においては、通常、帯電、露光、現像、転写、定着、及びクリーニングの各工程によって、画像形成が行われている。すなわち、画像形成装置においては、感光体ドラムを一様かつ均一に帯電する帯電工程、露光により感光体ドラムに静電潜像を形成する露光工程、現像剤（トナー）によって、静電潜像を可視像に現像する現像工程、感光体ドラム上のトナーを転写材に転写する転写工程、転写材上のトナーを定着する定着工程、及び転写工程後に感光体ドラムに残留したトナーを清掃するクリーニング工程によって、画像を形成している。
【０００３】
従来、感光体ドラムの帯電工程では、一般にコロナ放電によって帯電が行われていた。しかし、コロナ放電による帯電方式は、高電圧の印加による危険とコスト高に加えて、オゾンなどの有害物質が発生するという問題がある。オゾンは、人体に悪影響を及ぼすだけではなく、感光体ドラムを劣化させてしまう。また、コロナ帯電器は、環境安定性が悪く、特に湿度の影響を受けると、感光体ドラムの帯電電位が変化し、画像特性に悪影響を及ぼす。
【０００４】
そこで、近年、帯電ロールを用いた帯電方式が提案されている（例えば、特開平５−２１０３００号公報、特開平６−２６６２０６号公報、特開平７−２８２９７号公報、特開平７−４９６０５号公報、特開平７−７２７１０号公報）。この帯電方式では、帯電ロールに電圧を印加し、かつ、帯電ロールを感光体ドラムに接触させて、感光体ドラムに直接電荷を与えて帯電させている。したがって、この帯電方式によれば、オゾンの発生がない。転写工程においても、コロナ放電を利用せずに、転写ロールを用い、該転写ロールにトナーと逆極性の電圧を印加して電界を発生させ、該電界の静電気力によってトナーを転写材に転写する方式が提案されている。
【０００５】
一方、転写工程の後、感光体ドラム上に残留するトナーは、通常、クリーニングブレードなどのクリーニング装置によって除去されるが、最近では、クリーニング工程を省略したクリーナーレス方式（またはクリーニングレスプロセス）が提案されている（例えば、特開平５−２１０３００号公報、特開平６−３５３０１号公報）。この方式では、例えば、感光体ドラム上に残留したトナーを、帯電工程を通過した後、帯電された感光体ドラムの表面電位と現像バイアスの差によって、静電気力で現像装置に吸引して回収するというものである。現像装置としては、現像ロールが感光体ドラムに接触する構造のものが用いられる。この方式によれば、画像形成装置を小型化することができると共に、トナーを現像工程で回収することができるため、トナーを廃棄する必要がない。そして、前記のごとき帯電ロールや転写ロールを用いたオゾンフリープロセスとクリーニングレスプロセスを組み合わせた画像形成方式も提案されている（例えば、特開平５−２１０３００号公報）。このような画像形成方式では、通常、キャリヤを必要としない非磁性一成分現像剤が使用されており、装置の小型化に加えて、低価格化やカラー化などが可能である。
【０００６】
従来、帯電ロールとしては、芯金上に、例えば、ポリウレタン、ＳＢＲ、ＥＶＡ、ＳＢＳ、ＳＥＢＳ、ＳＩＳ、ＴＰＯ、ＥＰＤＭ、ＥＰＭ、ＮＢＲ、ＩＲ、ＢＲ、ＮＲ、シリコンゴム、エピクロロヒドリンゴムなどの樹脂やゴム類に、カーボンブラック、カーボン繊維、金属酸化物、金属粉などの導電性フィラーを配合した組成物からなる被覆層を設けたものが知られている。導電性弾性層の上に、更に導電化したフッ素樹脂からなる非粘着性被膜を被覆したもの、あるいは導電性フィラーを充填したゴム類から形成された中抵抗弾性層の上に、導電性塗料を塗工して抵抗体層を形成したもの（特開平７−７２７１０号公報）などが提案されている。また、芯金上に、エピクロロヒドリンにフッ素樹脂またはアミド樹脂を配合し、導電性フィラーを添加した材料で形成した被覆層を形成した導電性ロールが知られている。
【０００７】
しかしながら、これらの帯電ロールでは、帯電ロールの電気抵抗を適切な範囲にまで下げるために比較的多量の導電性フィラーを分散させなければならない。このような帯電ロールは、硬度が高くなって感光体ドラムとの接触が十分ではなく帯電が均一にならないという問題があった。エピクロロヒドリンゴムなどの電気的中抵抗の弾性層の上に、含フッ素架橋共重合体からなる非粘着性層を設けた帯電ロール（特開平６−２６６２０６号公報）や、硬度（ＪＩＳＡ）４０のエピクロロヒドリンゴムなどの電気的中抵抗の弾性層の上に、各種無機充填剤や導電性粒子などを含有させてもよいフッ素樹脂やポリアミド樹脂、アクリル樹脂などの表面層を設けた帯電ロール（特開平７−４９６０５号公報）も提案されているが、いずれも硬度が高いものである。
【０００８】
ＥＰＤＭにプロセスオイルを含浸させた低硬度帯電ロールが知られているが、含浸プロセスオイルが遊離して感光体を汚染し、可視像にムラを生じるので、ロール表面にナイロンのシートを巻き付けている。しかしながらナイロンシートで十分に防ぐことができず、多層にしたり、厚くしている。そのために、十分な帯電性付与効果を得ることができない。
【０００９】
また、従来の帯電ロールは、クリーナーレス方式の画像形成装置に装着した場合、感光体ドラム上に残留したトナーが付着しやすいという問題があった。すなわち、クリーナーレス方式では、感光体ドラム上に未転写の残留トナーが存在する状態で、帯電ロールにより感光体ドラムを帯電させる。そのため、帯電ロールにトナーが付着しやすい。帯電ロールにトナーが付着すると、総印字枚数が増すに従って帯電ロールへのトナーの付着がひどくなり、感光体ドラムに均一に帯電することができなくなって、カブリを生じる原因となる。
付着を低減するためには帯電ロール表面の粘着性を少なくし、動摩擦係数を小さく抑える必要がある。
【００１０】
感光体ドラムに良好な帯電性を付与するには、帯電ロールと感光体ドラムとの接触面積を大きくする必要があり、そのためには、帯電ロールの表面硬度を低くすることが求められる。一方、帯電ロールにバイアス電圧を印加するには、帯電ロールの電気抵抗を低くしなければならない。帯電ロールは、感光体ドラムとの接触により変形を受けるが、それによって永久変形するものであってはならない。このように、帯電ロールには、多くの特性が要求されている。
さらに、帯電ロールと感光体ドラムとが接触する構造の画像形成装置では、両者が常時接触しているため、帯電ロールによる感光体ドラムの汚染を防止する必要がある。特に、装置の小型化に伴って、汚染されやすい有機感光体（ＯＰＣ感光体）が使用されるようになってきているため、汚染防止がより重要な課題となっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、電気抵抗の環境依存性が小さく、安定した半導電性を有し、低硬度で、動摩擦係数が小さく、感光体ドラムに対する汚染がなく、トナーの付着によるカブリの発生がない帯電ロールを提供することにある。
また、本発明の目的は、非磁性一成分接触現像方式で、感光体ドラムをクリーニングする装置を必要としない、いわゆるクリーナーレス方式の画像形成装置に好適な帯電ロールを提供することにある。
【００１２】
本発明者らは、前記従来技術の問題点を克服するために鋭意研究した結果、金属製芯材（芯金）の表面にゴム層を被覆した帯電ロールにおいて、エピハロヒドリン共重合体ゴム、常温で固体の不飽和ゴム、及び常温で液体の液状不飽和ゴムを特定割合でブレンドしたゴム組成物を用いてゴム層を形成したところ、導電性フィラーをそれほど多く含有させなくても、適度に低い電気抵抗を示し、かつ、電気抵抗の環境安定性に優れ、しかも硬度が適度に低く、かつ、動摩擦係数の小さいロールが得られることを見いだした。このロールは、帯電ロールとして用いた場合、感光体ドラムとの密着性が良好で、均一な帯電をさせることができるとともに、感光体ドラム上に残存するトナーと接触してもトナーが付着せず、感光体ドラムを汚染することもない。もちろん、オイルの遊離などの問題もない。
本発明は、これらの知見に基づいて完成するに至ったものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
かくして、本発明によれば、金属製芯材の表面にゴム層を被覆した帯電ロールであって、ゴム層が、（Ａ）エピハロヒドリン共重合体ゴム４０〜９０重量％、（Ｂ）不飽和ゴム５〜４０重量％、及び（Ｃ）液状不飽和ゴム５〜２０重量％を含有するゴム組成物から形成されたものであることを特徴とする帯電ロールが提供される。
エピハロヒドリン共重合体ゴム（Ａ）は、アルキレンオキサイド２８〜７０モル％、エピハロヒドリン２８〜７０モル％、及びエチレン性不飽和エポキシド２〜１５モル％を共重合して得られた共重合体ゴムであることが好ましい。
【００１４】
また、本発明によれば、少なくとも感光体ドラム、露光手段、現像ロール、及び帯電ロールを備え、（１）帯電ロールが感光体ドラムに当接して感光体ドラム表面を帯電させ、（２）露光手段により露光することにより帯電した感光体ドラム表面に静電潜像を形成させ、（３）現像剤が塗布された現像ロールが感光体ドラムに当接して、静電潜像が現像剤により可視像に現像されるように構成された画像形成装置において、帯電ロールが前記の帯電ロールであることを特徴とする画像形成装置が提供される。
【００１５】
【発明の実施の態様】
以下、本発明について詳述する。
（Ａ）エピハロヒドリン共重合体ゴム
本発明で使用する（Ａ）成分のエピハロヒドリン共重合体ゴムは、エピハロヒドリンを必須の単量体として含有する単量体混合物を共重合して得られる共重合体ゴムである。
エピハロヒドリンとしては、例えば、エピクロロヒドリン、エピブロモヒドリン、エピフルオロヒドリン等が挙げられる。これらの中でも、入手の容易さや価格等の面で、エピクロロヒドリンが好ましい。
エピハロヒドリンと共重合する共単量体としては、アルキレンオキサイド、及びエチレン性不飽和エポキシドが好ましい。エピハロヒドリン共重合体ゴムとしては、アルキレンオキサイド２８〜７０モル％、エピハロヒドリン２８〜７０モル％、及びエチレン性不飽和エポキシド２〜１５モル％を共重合して得られた共重合体ゴムが好ましい。
【００１６】
アルキレンオキサイドとしては、例えば、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなどを挙げることができ、これらは、それぞれ単独で、あるいは２種以上を組み合わせて使用することができる。単独で使用する場合はエチレンオキサイド（ＥＯ）が好ましい。また、併用する場合には、エチレンオキサイド（ＥＯ）とプロピレンオキサイド（ＰＯ）とを併用することが好ましく、両者の使用割合（ＥＯ：ＰＯ）は、通常、１０：９０〜９０：１０（モル比）の割合で使用される。
【００１７】
アルキレンオキサイドの共重合割合は、通常、２８〜７０モル％、好ましくは３５〜６５モル％、より好ましくは４０〜６０モル％である。エピハロヒドリン共重合体ゴム中のアルキレンオキサイドの共重合割合が７０モル％を越えると、吸湿性が高くなったり、あるいは電気抵抗の環境依存性が大きくなり、逆に、この割合が２８モル％より少ないと電気抵抗が高くなり、いずれも好ましくない。エピハロヒドリンの共重合割合は、通常、２８〜７０モル％、好ましくは３０〜６５モル％、より好ましくは３５〜６０モル％である。エピハロヒドリン共重合体ゴム中のエピハロヒドリンの共重合割合が７０モル％を越えると電気抵抗が高くなり、逆に、この割合が２８モル％よりも少ないと吸湿性が高くなったり、あるいは電気抵抗の環境依存性が大きくなり、いずれも好ましくない。
【００１８】
エチレン性不飽和エポキシドとしては、例えば、アリルグリシジルエーテル、グリシジルメタクリレート、グリシジルアクリレート、ブタジエンモノオキサイドなどが挙げられる。エチレン性不飽和エポキシドを共重合することにより、硫黄加硫系（硫黄または硫黄供与体）や過酸化物による加硫が可能となり、熱軟化劣化性や耐動的オゾン性が改良される。エチレン性不飽和エポキシドの共重合割合は、通常、２〜１５モル％、好ましくは３〜１０モル％である。エピハロヒドリン共重合体ゴム中のエチレン性不飽和エポキシドの共重合割合が１５モル％を越えると、熱による硬化劣化を生じてゴム弾性を失って脆くなりやすく、逆に、この割合が２モル％未満であると平滑なゴムシートを得ることが困難である。
【００１９】
（Ｂ）不飽和ゴム
本発明で使用する（Ｂ）成分の不飽和ゴムは、常温で固体状態のゴムである。このような不飽和ゴムとしては、例えば、アクリロニトリル・ブタジエン共重合体ゴム（ＮＢＲ）、スチレン・ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体ゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム、アクリロニトリル・イソプレン共重合体ゴム、アクリロニトリル・ブタジエン・イソプレン共重合体ゴム（ＮＢＩＲ）、ポリウレタン、及びこれらのゴムの部分水素添加物などが挙げられる。これらの中でも、ＮＢＲ及び部分水添ＮＢＲがエピハロヒドリン共重合体ゴムとの相溶性が良いので好ましい。
【００２０】
（Ｃ）液状不飽和ゴム
本発明で使用する（Ｃ）成分の液状不飽和ゴムは、常温で液体状態の不飽和ゴムである。このような液状不飽和ゴムとしては、例えば、液体ポリブタジエン、液状ＮＢＲ、液状クロロプレンなどが挙げられる。これらの中でも、液状ＮＢＲがエピハロヒドリン共重合体ゴムとＮＢＲ及び部分水添ＮＢＲとの相溶性が良いので好ましい。
【００２１】
ゴム組成物
本発明では、金属製芯材の表面にゴム層を被覆した帯電ロールにおいて、ゴム層を、（Ａ）エピハロヒドリン共重合体ゴム４０〜９０重量％、（Ｂ）不飽和ゴム５〜４０重量％、及び（Ｃ）液状不飽和ゴム５〜２０重量％を含有するゴム組成物から形成する。
ゴム組成物中、（Ａ）成分のエピハロヒドリン共重合体ゴムは、４０〜９０重量％、好ましくは５０〜９０重量％、より好ましくは５５〜８５重量％の割合で使用される。（Ａ）成分の割合が９０重量％を越えると、硬度や動摩擦係数が高くなり、さらには、感光体汚染やトナー付着の問題も生じる。（Ａ）成分の割合が４０重量％未満であると、電気抵抗を適度に低くすることが困難となる。
【００２２】
ゴム組成物中、（Ｂ）成分の不飽和ゴムの割合は、５〜４０重量％、好ましくは５〜３５重量％、より好ましくは５〜３０重量％である。（Ｂ）成分の割合が大きすぎると適度に低い電気抵抗を得ることが困難となり、逆に、少なすぎると加工性が低下したり、硬度や動摩擦係数が高くなる。
ゴム組成物中、（Ｃ）成分の液状不飽和ゴムの割合は、５〜４０重量％、好ましくは５〜３５重量％、より好ましくは５〜３０重量％である。（Ｃ）成分の割合が多すぎると、動摩擦係数が高くなり、帯電ロールに対するトナーの付着も生じ、逆に、少なすぎると、硬度が高くなり、感光体ドラムとの接触が十分でなく、帯電が不均一になる。
【００２３】
本発明では、ゴム組成物に加硫剤を加えて、ロールの形状に賦形した後、加硫する。加硫剤としては、通常、硫黄系加硫剤または過酸化物を使用する。金属酸化物も使用できるが、感光体ドラムを汚染するおそれがあるため好ましくない。硫黄系加硫剤としては、ジエン系ゴムの加硫に一般に使用されている硫黄及び硫黄供与体を用いることができる。硫黄供与体としては、例えば、モルホリンジスルフィド、テトラメチルチウラムジスルフィドなどのチウラム化合物などを挙げることができる。過酸化物としては、例えば、ジクミルパーオキサイド、ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ジイソプロピルベンゼン、２，５−ジ−ｔ−ブチルパーオキシ−２，５−ジメチルヘキサン、ベンゾイルパーオキサイドなどを挙げることができる。
【００２４】
硫黄系加硫剤及び過酸化物による加硫効率を上げるために、加硫促進剤を併用してもよい。加硫剤として硫黄を用いる場合には、テトラメチルチウラムジスルフィドなどの硫黄供与体を加硫促進剤として併用してもよい。また、マレイミドやフェニルビスマレイミドなどのマレイミド化合物も加硫促進剤として好適である。加硫剤として過酸化物を用いる場合には、アクリレート系、メタクリレート系の多官能モノマーを架橋助剤として併用することができる。
【００２５】
なお、チオウレア系加硫剤やアミン系加硫剤などは、感光体ドラムを汚染するおそれがあるため好ましくない。
加硫剤は、ゴム組成物１００重量部に対して、通常、０．１〜５重量部、好ましくは０．２〜３重量部の割合で用いられる。
本発明のゴム組成物には、必要に応じて、導電性カーボンブラックなどの導電性フィラー、補強剤、充填剤、老化防止剤等のゴム添加剤を適宜配合することができる。
【００２６】
帯電ロール
前記ゴム組成物を用いて帯電ロールを成形するには、金属製の回転軸などのロール状基材を芯金として、ロール金型内にいれ、そこにゴム組成物を入れて、芯金の周囲にロール状に賦形し、次いで、加熱して加硫すればよい。加硫温度は、通常、１００〜２５０℃である。
加硫成形後、得られたゴムロールは、帯電ロールとして使用するために、表面処理を行って、表面の摩擦抵抗を下げたり、粘着力を低減することが好ましい。ゴムロールの表面処理を行い場合には、通常、研磨材を用いて表面を適度に研磨した後、後述するような各種表面処理を行うことが好ましい。
【００２７】
帯電ロールの表面処理法としては、例えば、紫外線照射、オゾン暴露、反応性シリコーン化合物の塗布、反応性フッ素化合物の塗布当の方法が挙げられる。これらの表面処理によって、帯電ロール表面の摩擦抵抗を下げ、感光体ドラムに対する粘着力を低減することができ、その結果、感光体ドラムに対する汚染を効果的に防止することができる。
また、帯電ロール表面の摩擦抵抗が下がるとトナーの付着が防止でき、トナー付着によるカブリの発生を防ぐことができる。
【００２８】
紫外線照射による表面処理法としては、例えば、波長２００〜４５０ｎｍの紫外線ランプの周りに処理する帯電ロールを回転させて、１〜１０分間、紫外線を照射する方法が挙げられる。紫外線ランプとしては、例えば、出力８０Ｗ／ｃｍで、定格電力４０００Ｗ程度のものが好ましい。
オゾン暴露により表面処理法としては、例えば、オゾン濃度１０〜３０ｐｐｈｍ（×１０^８）、温度３５〜４５℃の雰囲気下に、帯電ロールを０．５〜２時間程度放置する方法が挙げられる。
【００２９】
反応性シリコーン化合物の塗布による表面処理法としては、例えば、末端にイソシアネートを導入したシリコーン化合物を用い、酢酸エチルなどの溶媒に該シリコーン化合物を１〜１０重量％程度の濃度で溶解させた溶液を帯電ロール表面に塗布した後、風乾し、次いで、約８０〜１２０℃で３０分間から２時間程度熱処理する方法が挙げられる。
これらの表面処理法の中でも、紫外線照射による表面処理が、操作が簡単であり、所望の物性が得られやすいことから特に好ましい。
【００３０】
本発明の帯電ロールは、電気抵抗（体積固有抵抗）が、低温・低湿のＬＬ条件（１０℃×２０％ＲＨ）下で、通常、１×１０^５〜１×１０^１０Ω・ｃｍ、好ましくは１×１０^６〜１×１０^９Ω・ｃｍ程度である。高温・高湿のＨＨ条件（３５℃×８０％ＲＨ）で測定した電気抵抗値（ｂ）は、ＬＬ条件下で測定した電気抵抗値（ａ）よりも小さくなるが、本発明の帯電ロールでは、両者の比（ａ／ｂ）は、通常、１０以内（一桁以内）にあり、電気抵抗の環境依存性が小さい。帯電ロールの電気抵抗値を適度の範囲内に調整するために、ゴム組成物１００重量部に対して０．１〜５重量部程度の少量の導電性フィラーを配合することが好ましい。
【００３１】
本発明の帯電ロールは、硬度（ＪＩＳＡ）が通常３０〜４０程度と適度に小さく、感光体ドラムに密着して十分な帯電性を付与することができる。帯電ロールの硬度が高すぎると、均一な帯電を付与できない。本発明の帯電ロールは、硬度が小さいにもかかわらず、動摩擦係数が通常０．５以下と小さく、感光体ドラムと接触して円滑に回転することができる。本発明の帯電ロールは、感光体ドラムと接触して使用しても、感光体ドラムを汚染することがなく、また、クリーナーレス方式の画像形成装置に使用した場合であっても、トナーの付着がなく、カブリの発生が生じない。
【００３２】
画像形成装置
本発明の帯電ロールは、少なくとも感光体ドラム、露光手段、現像ロール、及び帯電ロールを備え、（１）帯電ロールが感光体ドラムに当接して感光体ドラム表面を帯電させ、（２）露光手段により露光することにより帯電した感光体ドラム表面に静電潜像を形成させ、（３）現像剤が塗布された現像ロールが感光体ドラムに当接して、静電潜像が現像剤により可視像に現像されるように構成された画像形成装置において用いられる。
【００３３】
図１に、このような画像形成装置の一例の断面図を示す。図１は、非磁性一成分現像法に用いられる画像形成装置の具体例である。静電潜像を形成する感光体ドラム１と帯電ロール８とが接触するように配置され、電源１０から帯電ロールの芯金９を通じて電圧が印加されるようになっており、これによって、感光体ドラムの表面を帯電させる。レーザー光原などを用いた露光手段７により露光し、帯電した感光体ドラム１の表面に静電潜像を形成させる。感光体ドラム１は、現像ロール２とも接触するように配置されている。現像工程では、非磁性一成分現像剤（トナー）４が供給ロール６により隣接する現像ロール２の表面に塗布される。現像ブレード３により、現像ロール表面に塗布されたトナーの厚みを均一に制御する。現像ロールの表面に一様かつ均一に塗布されたトナーは、感光体ドラム表面に形成された静電潜像を可視化する。
感光体ドラム上のトナー像は、転写紙などの転写材１５上に転写される。図１には、転写ロール１１を用い、電源１３により転写ロール芯金１２を介してトナーと逆極性の電圧を印加して電界を発生させ、該電界の静電気力によって感光体ドラム上のトナーを転写材に転写する方式が示されている。
【００３４】
転写工程の後、感光体ドラム表面に残留するトナーは、クリーニングブレードなどのクリーニング装置によって除去してもよいが、図１には、このようなクリーニング装置のない、いわゆるクリーナーレス方式の画像形成装置が示されている。したがって、感光体ドラム表面に残留するトナーは、帯電ロールと接触することになる。クリーナーレス方式では、帯電工程を通過した後、帯電された感光体ドラムの表面電位と現像バイアスの差異によって、トナーを静電気力で現像装置に吸引して回収する。すなわち、帯電工程終了後であって、転写工程が開始される前の、例えば、現像工程において発生した静電気力によって残留トナーを回収する。なお、現像ロール２の芯金は、通常、バイアス電圧が印加できるように構成されている。反転現像方式の場合には、現像ロールの芯金に、感光体ドラム上の静電潜像と同じ極性のバイアス電圧が印加される。転写材は、例えば、紙やＯＨＰシートなどである。
【００３５】
現像剤（トナー）
本発明の画像形成装置において使用することができるトナーは、特に限定されないが、通常、非磁性一成分現像剤が使用され、特に、以下に示すようなトナーが好ましく使用される。
すなわち、好ましいトナーは、体積平均粒径（Ｄｖ）が通常３〜１５μｍ、好ましくは５〜１０μｍの範囲であり、体積平均粒径（Ｄｖ）と個数平均粒径（Ｄｎ）との比（Ｄｖ／Ｄｎ）が通常１．０〜１．４の範囲内にある実質的に球形の非磁性一成分現像剤である。このような実質的に球形のトナーを用いると、転写性がよく、しかもクリーナーレス方式で用いた場合には、感光体に残存するトナー量が少なくすみ、帯電ロールへの付着が少なくなるので好ましい。
【００３６】
球形トナーの好適なものは、粒子の絶対最大長を直径とした円の面積（Ｓｃ）を粒子の実質投影面積（Ｓｒ）で除した値（Ｓｃ／Ｓｒ）が１．０〜１．３の範囲であり、ＢＥＴ法による比表面積（Ｓ）［単位：ｍ^２／ｇ］、個数平均粒径（ｄｎ）［単位：μｍ］、及び真比重（ｄ）の積（Ｓ×ｄｎ×ｄ）が５〜１０であるものが挙げられる。トナーの帯電量（Ｑ）［単位：μｃ／ｇ］と比表面積（Ｓ）との比（Ｑ／Ｓ）［単位：μｃ／ｍ^２］は、８０〜１５０の範囲内にあることが好ましい。
【００３７】
このような非磁性一成分現像剤は、ビニル系単量体と着色剤を含む均一混合液を懸濁重合法により重合させることにより得ることができる。具体的には、例えば、ビニル系単量体、着色剤、重合開始剤、所望により各種添加剤などを含む混合物をボールミル等で均一に分散させて混合液を調製し、次いで、この混合液を高剪断攪拌により水中に微細化させて液滴粒子とした後、３０〜２００℃で懸濁重合する方法が例示される。
【００３８】
非磁性一成分現像剤には、帯電性、導電性、流動性、あるいは感光体ドラムや定着ロールなどへの付着性を制御するために、各種添加剤を内添または外添させることができる。このような添加剤としては、低分子量ポリプロピレン、低分子量ポリエチレン、各種ワックス、シリコーンオイル等の離型剤；カーボンブラック、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化セリウム、炭酸カルシウム等の無機微粉末；等が挙げられる。
【００３９】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて、本発明についてより具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
なお、電気特性、硬度、動摩擦係数、感光体汚染、及びトナー付着に関する特性は、以下の方法により測定した。
（１）電気抵抗
帯電ロールをその金属製芯材で固定し、帯電ロール表面に２ｍｍ幅で５００ｇの重量を持つ黄銅製の電極を乗せて、帯電ロールの金属製芯材と黄銅製電極間に５００Ｖの直流電圧をかけ、帯電ロールの電気抵抗を測定する。測定された電気抵抗をＲ（Ω）、電極の接触面積をＳ（ｃｍ^２）、金属製芯材と電極間距離をＬ（ｃｍ）とすると、体積固有抵抗ρ（Ω・ｃｍ）は、次式により算出することができる。
ρ＝（Ｒ・Ｓ）／Ｌ
測定の際の環境条件は、低温・低湿のＬＬ（１０℃×２０％ＲＨ）と高温・高湿の条件ＨＨ（３５℃×８０％ＲＨ）の２条件で実施した。
【００４０】
（２）硬度
硬度は、ＪＩＳＫ−６２５３の規定に従って、２ｍｍ厚のゴムシートを試料として測定した。
（３）動摩擦係数
帯電ロールが動かないように移動体に固定し、２０ｍｍ幅のポリエステルシートを接触角が９０度になるように帯電ロールに接触させ、荷重を５０ｇから２００ｇに変え、引っ張り速度１００ｍｍ／ｍｉｎで移動体を引っ張り、この時の張力を測定して、次の計算式で求める。
μ＝２／π×Ｌｎ（Ｗ２／Ｗ１）
ここで、μは動摩擦係数、Ｗ１は測定時釣り下げた荷重、Ｗ２は測定した張力の平均値である。図２に、動摩擦係数測定装置の略図を示す。
【００４１】
（４）ＯＰＣ感光体汚染
市販のＯＰＣ感光体を固定し、帯電ロールの上から１Ｋｇの荷重がかかるようにして、ＯＰＣ感光体の上に帯電ロールを乗せ、５０℃×８０％ＲＨの環境下で２週間放置し、ＯＰＣ感光体汚染の有無を目視にて評価した。
〇：汚染は認められない。
×：汚染が認められる。
（５）帯電ロール上のトナー付着
図１に示す電子写真プリンター（画像形成装置）に、作成した帯電ロールを取り付けて、１万枚の連続印字を行い、帯電ロール上にトナーが付着し、それが原因となる印字用紙上のかぶりの発生の有無を調べ、帯電ロール上のトナー付着を評価した。
◎：トナー付着によるかぶりが認められない。
○：トナー付着によるかぶりがかすかに認められるが問題ない。
×：トナー付着によるかぶりが認められ画像が不鮮明である。
【００４２】
［実施例１〜４、比較例１〜３］
アルキレンオキサイドとしてエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイド、エピハロヒドリンとしてエピクロロヒドリン、そしてエチレン性不飽和エポキシドとしてアリルグリシジルエーテルをそれぞれ使用し、表１に示す共重合組成の各エピハロヒドリン共重合体ゴムを製造した。これらのエピハロヒドリン共重合体ゴムに、常温で固体の不飽和ゴムとしてアクリロニトリル・ブタジエン共重合体ゴム（ＮＢＲ）、及び常温で液体の液状不飽和ゴムとして液状アクリロニトリル・ブタジエン共重合体ゴム（液状ＮＢＲ）を表１に示す割合で加え、さらに、これらゴム成分１００重量部に対して、表１に示す加硫系、及びその他の添加剤を加えて、ゴム組成物を調製した。
【００４３】
エピハロヒドリン共重合体ゴムの組成、及び各成分の配合割合を表１に示す。なお、表１において、エピハロヒドリン共重合体ゴムの組成は、各共重合成分のモル％で示し、共重合体ゴムと不飽和ゴムと液状不飽和ゴムの混合比は、各ゴム成分の重量％で示し、加硫系及びその他の添加剤の配合割合は、ゴム成分１００重量部に対する重量部で表した。
前記の各実施例及び比較例で得られたゴム組成物をロールで混練し、シート状に成形して１５５℃で３０分間加硫し、厚さ２ｍｍの加硫ゴムシートを得た。得られた各加硫ゴムシートの硬度について、前記方法により評価した。帯電ロールの成形は、金属製回転軸などのロール状基材を芯金としてロール金型内に入れ、そこにゴム組成物を入れて、芯金の周囲にロール状に賦形し、次いで加熱して加硫する方法によって行った。
【００４４】
加硫成形後、得られた帯電ロールは、その表面を研磨材で研磨して、表面の粗さを１０μｍ以下にした。その後、帯電ロール表面に紫外線を照射した。紫外線の照射方法は、ランプ出力８０Ｗ／ｃｍ、定格電力４０００Ｗ、波長２００〜４５０ｎｍの紫外線ランプを用い、紫外線ランプから１０ｃｍの距離で帯電ロールを回転させながら１〜３分間照射する方法であった。
このようして得られた帯電ロールについて、動摩擦係数、ＯＰＣ感光体汚染、トナー付着による印字用紙かぶりの評価を行った。この結果を表１に示す。
【００４５】
【表１】

【００４６】
（脚注）
（＊１）ＮＢＲ：アクリロニトリル量３３重量％のアクリロニトリル・ブタジエン共重合体
（＊２）液状ＮＢＲ：アクリロニトリル量３３重量％の液状アクリロニトリル・ブタジエン共重合体
（＊３）ＴＴ：テトラメチルチウラムジスルフィド
・なお、体積固有抵抗の単位ＭΩ・ｃｍは、１０^６Ω・ｃｍである。
【００４７】
実施例１〜４のゴム組成物を用いて得られた各帯電ロールは、電気抵抗がＬＬ条件とＨＨ条件とで１桁以内の変化しかなく、適度な電気抵抗を有し、しかも電気抵抗の環境依存性が小さいものである。各実施例の加硫シートは、硬度が低く、しかも硬度が低い割に帯電ロールの動摩擦係数が小さく、帯電ロールとしての物性のバランスがとれている。また、これら実施例の各帯電ロールは、感光体汚染が全くないものであった。さらに、これら実施例の各帯電ロールは、その表面にトナーが付着し、その結果ＯＰＣ感光体上の帯電が不十分になって、印字用紙上にかぶるという印字不良は見られなかった。
【００４８】
これに対して、ゴム組成物が不飽和ゴムを含まない場合（比較例１）や、液状不飽和ゴムの使用量が使用範囲から外れた場合（比較例２〜３）は、帯電ロールとして実用的でないことが判明した。すなわち、ゴム組成物が不飽和ゴム及び液状不飽和ゴムを含まない比較例１では、動摩擦係数が大きく、ＯＰＣ感光体汚染とトナー付着がひどく、実用的でなかった。液状不飽和ゴムの使用割合が少なすぎる場合（比較例２）には、硬度が高くなりすぎ、多すぎる場合（比較例３）には、動摩擦係数が上がって、いずれの場合もトナー付着が見られた。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、電気抵抗の環境依存性が小さく、安定した低電気抵抗性を有し、低硬度で、動摩擦係数が小さく、感光体ドラムに対する汚染がなく、トナーの付着による汚染がない帯電ロールが提供される。本発明の帯電ロールは、非磁性一成分接触現像方式で、感光体ドラムをクリーニングする装置を必要としないクリーナーレス方式の画像形成装置に好適である。帯電ロールのゴム層を本発明のものにすると、ロール表面にトナーの付着が少なくなり、感光体との接触部分が均一になるので、感光体の帯電も均一になる。その結果、トナーが均一に付着しやすくなり、印刷むら、かすれ、カブリ等が生じなくなる。また、本発明によれば、このような優れた特性を有する帯電ロールを備えた画像形成装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用する画像形成装置の一例を示す断面図である。
【図２】動摩擦係数の測定法を示す略図である。
【符号の説明】
１：感光体ドラム
２：現像ロール
３：現像ブレード
４：現像剤（トナー）
５：現像剤容器
６：供給ロール
７：露光装置
８：帯電ロール
９：帯電ロールの芯金
１０：電源
１１：転写ロール
１２：芯金
１３：電源
１４：定着ロール
１５：転写材（紙、ＯＨＰシートなど）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a charging roll arranged in contact with a photosensitive drum (image carrier) in an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine. The present invention relates to a charging roll having semiconductivity, low hardness, low dynamic friction coefficient, no contamination on a photosensitive drum, and no fogging due to toner adhesion. The present invention also relates to an image forming apparatus provided with a charging roll having such excellent characteristics.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine, image formation is generally performed by respective steps of charging, exposure, development, transfer, fixing, and cleaning. That is, in the image forming apparatus, an electrostatic latent image is formed by a charging step of uniformly and uniformly charging the photosensitive drum, an exposure step of forming an electrostatic latent image on the photosensitive drum by exposure, and a developer (toner). A developing step of developing a visible image, a transfer step of transferring the toner on the photosensitive drum to a transfer material, a fixing step of fixing the toner on the transfer material, and a cleaning of cleaning the toner remaining on the photosensitive drum after the transfer step An image is formed by a process.
[0003]
Conventionally, in the charging step of the photosensitive drum, charging has generally been performed by corona discharge. However, the charging method using corona discharge has a problem that harmful substances such as ozone are generated in addition to the danger and high cost of applying a high voltage. Ozone not only has an adverse effect on the human body, but also deteriorates the photosensitive drum. In addition, the corona charger has poor environmental stability, and particularly when subjected to the influence of humidity, the charging potential of the photosensitive drum changes, which adversely affects image characteristics.
[0004]
Therefore, in recent years, a charging method using a charging roll has been proposed (for example, JP-A-5-210300, JP-A-6-266206, JP-A-7-28297, and JP-A-7-49605). And JP-A-7-72710). In this charging method, a voltage is applied to the charging roll, and the charging roll is brought into contact with the photosensitive drum to directly charge the photosensitive drum to charge the photosensitive drum. Therefore, according to this charging method, no ozone is generated. Also in the transfer step, without using corona discharge, a transfer roll is used, and a voltage having a polarity opposite to that of the toner is applied to the transfer roll to generate an electric field, and the toner is transferred to the transfer material by the electrostatic force of the electric field. A scheme has been proposed.
[0005]
On the other hand, the toner remaining on the photosensitive drum after the transfer step is usually removed by a cleaning device such as a cleaning blade. Recently, a cleanerless method (or a cleaningless process) in which the cleaning step is omitted has been proposed. (For example, JP-A-5-210300 and JP-A-6-35301). In this method, for example, after the toner remaining on the photosensitive drum is passed through a charging process, the toner is attracted to the developing device by electrostatic force and collected by a difference between a surface potential of the charged photosensitive drum and a developing bias. That is. As the developing device, one having a structure in which a developing roll contacts a photosensitive drum is used. According to this method, the size of the image forming apparatus can be reduced, and the toner can be collected in the developing process. Therefore, there is no need to discard the toner. An image forming system combining an ozone-free process using a charging roll or a transfer roll and a cleaningless process as described above has also been proposed (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-210300). In such an image forming method, a non-magnetic one-component developer which does not require a carrier is usually used, and thus, in addition to the downsizing of the apparatus, it is possible to reduce the cost and color.
[0006]
Conventionally, as a charging roll, a resin such as polyurethane, SBR, EVA, SBS, SEBS, SIS, TPO, EPDM, EPM, NBR, IR, BR, NR, silicon rubber, epichlorohydrin rubber, etc. And rubbers are provided with a coating layer made of a composition in which a conductive filler such as carbon black, carbon fiber, metal oxide, or metal powder is blended. On the conductive elastic layer, a non-adhesive coating made of a conductive fluororesin is further coated, or on a medium resistance elastic layer formed of rubber filled with a conductive filler, a conductive paint is applied. One in which a resistor layer is formed by coating (JP-A-7-72710) has been proposed. Further, a conductive roll in which a coating layer formed of a material in which a fluororesin or an amide resin is mixed with epichlorohydrin on a cored bar and a conductive filler is added, is known.
[0007]
However, in these charging rolls, a relatively large amount of conductive filler must be dispersed in order to reduce the electric resistance of the charging roll to an appropriate range. Such a charging roll has a problem that the hardness is high and the contact with the photoreceptor drum is not sufficient and the charging is not uniform. A charging roll (JP-A-6-266206) in which a non-adhesive layer made of a fluorine-containing cross-linked copolymer is provided on an elastic layer having an intermediate electric resistance such as epichlorohydrin rubber; A charge roll provided with a surface layer of a fluororesin, polyamide resin, acrylic resin, etc. that may contain various inorganic fillers or conductive particles, etc., on an elastic layer of medium electric resistance such as epichlorohydrin rubber (Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-49605) has also been proposed, but all have high hardness.
[0008]
A low-hardness charged roll in which EPDM is impregnated with process oil is known. However, the impregnated process oil is liberated, contaminating the photoreceptor, and causing unevenness in the visible image, so wrap a nylon sheet around the roll surface. I have. However, it cannot be sufficiently prevented by a nylon sheet, and is multi-layered or thick. Therefore, a sufficient effect of imparting charge cannot be obtained.
[0009]
Further, when the conventional charging roll is mounted on a cleaner-less type image forming apparatus, there is a problem that toner remaining on the photosensitive drum easily adheres. That is, in the cleanerless system, the photosensitive drum is charged by the charging roll in a state where the untransferred residual toner exists on the photosensitive drum. Therefore, the toner easily adheres to the charging roll. When the toner adheres to the charging roll, as the total number of printed sheets increases, the adhesion of the toner to the charging roll becomes severe, and it becomes impossible to uniformly charge the photosensitive drum, causing fogging.
In order to reduce the adhesion, it is necessary to reduce the tackiness of the surface of the charging roll and to reduce the dynamic friction coefficient.
[0010]
In order to impart good chargeability to the photosensitive drum, it is necessary to increase the contact area between the charging roll and the photosensitive drum, and for this purpose, it is required to lower the surface hardness of the charging roll. On the other hand, to apply a bias voltage to the charging roll, the electrical resistance of the charging roll must be reduced. The charging roll is deformed by contact with the photosensitive drum, but should not be permanently deformed thereby. Thus, the charging roll is required to have many characteristics.
Furthermore, in an image forming apparatus having a structure in which the charging roll and the photosensitive drum are in contact with each other, it is necessary to prevent the charging roller from contaminating the photosensitive drum because the two are always in contact. In particular, with the miniaturization of apparatuses, organic photoconductors (OPC photoconductors) that are easily contaminated have been used, and thus prevention of contamination has become a more important issue.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to reduce the environmental dependence of electric resistance, to have stable semiconductivity, to have a low hardness, to have a low dynamic friction coefficient, to have no contamination on the photosensitive drum, and to have no fog due to toner adhesion. It is to provide a charging roll.
Another object of the present invention is to provide a charging roll suitable for a so-called cleaner-less type image forming apparatus which uses a non-magnetic one-component contact developing system and does not require a device for cleaning a photosensitive drum.
[0012]
The present inventors have conducted intensive studies to overcome the above-mentioned problems of the prior art, and as a result, in a charging roll in which a rubber layer is coated on a surface of a metal core material (core metal), an epihalohydrin copolymer rubber is obtained at room temperature. When a rubber layer was formed using a rubber composition in which a solid unsaturated rubber and a liquid unsaturated rubber which was liquid at room temperature were blended at a specific ratio, a moderately low electric power was obtained without containing a large amount of conductive filler. It has been found that a roll exhibiting resistance, having excellent environmental stability of electric resistance, having a moderately low hardness, and having a small dynamic friction coefficient can be obtained. When this roll is used as a charging roll, it has good adhesion to the photoreceptor drum, can be uniformly charged, and does not adhere even when it comes into contact with toner remaining on the photoreceptor drum. Also, the photosensitive drum is not contaminated. Of course, there is no problem such as oil release.
The present invention has been completed based on these findings.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
Thus, according to the present invention, there is provided a charging roll in which a rubber layer is coated on the surface of a metal core material, wherein the rubber layer comprises (A) 40 to 90% by weight of an epihalohydrin copolymer rubber, and (B) an unsaturated rubber. There is provided a charging roll characterized by being formed from a rubber composition containing 5 to 40% by weight and (C) 5 to 20% by weight of a liquid unsaturated rubber.
The epihalohydrin copolymer rubber (A) is a copolymer rubber obtained by copolymerizing 28 to 70 mol% of an alkylene oxide, 28 to 70 mol% of an epihalohydrin, and 2 to 15 mol% of an ethylenically unsaturated epoxide. Is preferred.
[0014]
Further, according to the present invention, at least a photosensitive drum, an exposing unit, a developing roll, and a charging roll are provided, and (1) the charging roll comes into contact with the photosensitive drum to charge the surface of the photosensitive drum; (3) the developing roller coated with the developer abuts on the photosensitive drum, and the electrostatic latent image is removed by the developer. In an image forming apparatus configured to be developed into a visual image, an image forming apparatus is provided, wherein the charging roll is the above-described charging roll.
[0015]
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
(A)Epihalohydrin copolymer rubber
The epihalohydrin copolymer rubber of the component (A) used in the present invention is a copolymer rubber obtained by copolymerizing a monomer mixture containing epihalohydrin as an essential monomer.
Examples of the epihalohydrin include epichlorohydrin, epibromohydrin, epifluorohydrin and the like. Among these, epichlorohydrin is preferred in terms of availability and price.
As a comonomer to be copolymerized with epihalohydrin, alkylene oxide and ethylenically unsaturated epoxide are preferable. As the epihalohydrin copolymer rubber, a copolymer rubber obtained by copolymerizing 28 to 70 mol% of an alkylene oxide, 28 to 70 mol% of an epihalohydrin, and 2 to 15 mol% of an ethylenically unsaturated epoxide is preferable.
[0016]
Examples of the alkylene oxide include ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide and the like, and these can be used alone or in combination of two or more. When used alone, ethylene oxide (EO) is preferred. When used in combination, it is preferable to use ethylene oxide (EO) and propylene oxide (PO) in combination, and the use ratio (EO: PO) of both is usually from 10:90 to 90:10 (molar ratio). ).
[0017]
The copolymerization ratio of the alkylene oxide is usually 28 to 70 mol%, preferably 35 to 65 mol%, more preferably 40 to 60 mol%. When the copolymerization ratio of the alkylene oxide in the epihalohydrin copolymer rubber exceeds 70 mol%, the hygroscopicity increases, or the environment dependence of electric resistance increases, and conversely, this ratio is less than 28 mol%. And the electrical resistance increases, which is not preferable. The copolymerization ratio of epihalohydrin is usually 28 to 70 mol%, preferably 30 to 65 mol%, more preferably 35 to 60 mol%. When the copolymerization ratio of epihalohydrin in the epihalohydrin copolymer rubber exceeds 70 mol%, the electric resistance increases, and when the copolymerization ratio is less than 28 mol%, on the other hand, the hygroscopicity increases or the environment of electric resistance increases. Dependency is increased, and neither is preferable.
[0018]
Examples of the ethylenically unsaturated epoxide include allyl glycidyl ether, glycidyl methacrylate, glycidyl acrylate, butadiene monooxide, and the like. By copolymerizing the ethylenically unsaturated epoxide, vulcanization with a sulfur vulcanization system (sulfur or sulfur donor) or peroxide becomes possible, and heat softening deterioration resistance and dynamic ozone resistance are improved. The copolymerization ratio of the ethylenically unsaturated epoxide is usually 2 to 15 mol%, preferably 3 to 10 mol%. When the copolymerization ratio of the ethylenically unsaturated epoxide in the epihalohydrin copolymer rubber exceeds 15 mol%, curing deterioration due to heat occurs, the rubber loses its elasticity and tends to become brittle, and conversely, this ratio is less than 2 mol% If so, it is difficult to obtain a smooth rubber sheet.
[0019]
(B)Unsaturated rubber
The unsaturated rubber of the component (B) used in the present invention is a solid-state rubber at normal temperature. Examples of such unsaturated rubber include acrylonitrile / butadiene copolymer rubber (NBR), styrene / butadiene copolymer rubber (SBR), polybutadiene rubber (BR), and ethylene / propylene / diene copolymer rubber (EPDM). ), Chloroprene rubber, acrylonitrile / isoprene copolymer rubber, acrylonitrile / butadiene / isoprene copolymer rubber (NBIR), polyurethane, and partially hydrogenated products of these rubbers. Among them, NBR and partially hydrogenated NBR are preferable because of good compatibility with the epihalohydrin copolymer rubber.
[0020]
(C)Liquid unsaturated rubber
The liquid unsaturated rubber of the component (C) used in the present invention is an unsaturated rubber in a liquid state at normal temperature. Examples of such a liquid unsaturated rubber include liquid polybutadiene, liquid NBR, liquid chloroprene, and the like. Among these, liquid NBR is preferred because of good compatibility between the epihalohydrin copolymer rubber and NBR and partially hydrogenated NBR.
[0021]
Rubber composition
In the present invention, in a charging roll in which a rubber layer is coated on the surface of a metal core material, the rubber layer is formed by (A) 40 to 90% by weight of an epihalohydrin copolymer rubber, (B) 5 to 40% by weight of an unsaturated rubber, And (C) a rubber composition containing 5 to 20% by weight of a liquid unsaturated rubber.
In the rubber composition, the epihalohydrin copolymer rubber as the component (A) is used in a proportion of 40 to 90% by weight, preferably 50 to 90% by weight, more preferably 55 to 85% by weight. When the proportion of the component (A) exceeds 90% by weight, the hardness and the coefficient of kinetic friction increase, and furthermore, problems such as contamination of the photoconductor and adhesion of toner occur. When the proportion of the component (A) is less than 40% by weight, it becomes difficult to reduce the electric resistance appropriately.
[0022]
In the rubber composition, the proportion of the unsaturated rubber as the component (B) is 5 to 40% by weight, preferably 5 to 35% by weight, more preferably 5 to 30% by weight. If the proportion of the component (B) is too large, it is difficult to obtain an appropriately low electric resistance. Conversely, if the proportion is too small, the workability is reduced and the hardness and the dynamic friction coefficient are increased.
In the rubber composition, the proportion of the liquid unsaturated rubber as the component (C) is 5 to 40% by weight, preferably 5 to 35% by weight, and more preferably 5 to 30% by weight. If the proportion of the component (C) is too large, the coefficient of kinetic friction increases, and toner adheres to the charging roll. Conversely, if the proportion is too small, the hardness increases and the contact with the photosensitive drum is insufficient, resulting in insufficient charging. Becomes uneven.
[0023]
In the present invention, a vulcanizing agent is added to the rubber composition, the mixture is shaped into a roll, and then vulcanized. As the vulcanizing agent, a sulfur-based vulcanizing agent or a peroxide is usually used. Although a metal oxide can be used, it is not preferable because the photosensitive drum may be contaminated. As the sulfur vulcanizing agent, sulfur and a sulfur donor generally used for vulcanizing a diene rubber can be used. Examples of the sulfur donor include thiuram compounds such as morpholine disulfide and tetramethylthiuram disulfide. Examples of the peroxide include dicumyl peroxide, di (t-butylperoxy) diisopropylbenzene, 2,5-di-t-butylperoxy-2,5-dimethylhexane, benzoyl peroxide and the like. Can be.
[0024]
A vulcanization accelerator may be used in combination to increase the vulcanization efficiency of the sulfur vulcanizing agent and the peroxide. When sulfur is used as a vulcanizing agent, a sulfur donor such as tetramethylthiuram disulfide may be used in combination as a vulcanization accelerator. Maleimide compounds such as maleimide and phenylbismaleimide are also suitable as vulcanization accelerators. When a peroxide is used as the vulcanizing agent, an acrylate-based or methacrylate-based polyfunctional monomer can be used in combination as a crosslinking aid.
[0025]
Note that a thiourea-based vulcanizing agent or an amine-based vulcanizing agent is not preferred because it may contaminate the photosensitive drum.
The vulcanizing agent is used in an amount of usually 0.1 to 5 parts by weight, preferably 0.2 to 3 parts by weight, based on 100 parts by weight of the rubber composition.
The rubber composition of the present invention may optionally contain a rubber filler such as a conductive filler such as conductive carbon black, a reinforcing agent, a filler, and an antioxidant.
[0026]
Charging roll
In order to form a charging roll using the rubber composition, a roll-shaped substrate such as a metal rotating shaft is used as a core metal, put in a roll mold, and the rubber composition is put there, and What is necessary is just to shape it in a roll shape around, and then to heat and vulcanize. The vulcanization temperature is usually 100 to 250 ° C.
After the vulcanization molding, the obtained rubber roll is preferably subjected to a surface treatment to reduce the frictional resistance of the surface or to reduce the adhesive strength in order to be used as a charging roll. When the surface treatment of the rubber roll is performed, it is usually preferable to appropriately polish the surface using an abrasive and then perform various surface treatments as described below.
[0027]
Examples of the surface treatment method for the charging roll include methods such as irradiation with ultraviolet light, exposure to ozone, application of a reactive silicone compound, and application of a reactive fluorine compound. By these surface treatments, the frictional resistance of the surface of the charging roll can be reduced, and the adhesive force to the photosensitive drum can be reduced. As a result, contamination of the photosensitive drum can be effectively prevented.
Further, when the frictional resistance on the surface of the charging roll is reduced, the adhesion of toner can be prevented, and the occurrence of fog due to the adhesion of toner can be prevented.
[0028]
As a surface treatment method by ultraviolet irradiation, for example, there is a method in which a charging roll to be processed is rotated around an ultraviolet lamp having a wavelength of 200 to 450 nm to irradiate ultraviolet rays for 1 to 10 minutes. For example, an ultraviolet lamp having an output of 80 W / cm and a rated power of about 4000 W is preferable.
As a surface treatment method by exposure to ozone, for example, an ozone concentration of 10 to 30 pphm (× 10⁸), A method in which the charging roll is left for about 0.5 to 2 hours in an atmosphere at a temperature of 35 to 45 ° C.
[0029]
As a surface treatment method by applying a reactive silicone compound, for example, a solution obtained by dissolving the silicone compound in a solvent such as ethyl acetate at a concentration of about 1 to 10% by weight using a silicone compound having an isocyanate introduced into a terminal is used. After applying to the surface of the charging roll, air drying is performed, and then heat treatment is performed at about 80 to 120 ° C. for about 30 minutes to about 2 hours.
Among these surface treatment methods, surface treatment by ultraviolet irradiation is particularly preferable because the operation is simple and desired physical properties are easily obtained.
[0030]
The charging roll of the present invention has an electric resistance (volume resistivity) of 1 × 10 5 under LL conditions of low temperature and low humidity (10 ° C. × 20% RH).⁵~ 1 × 10¹⁰Ω · cm, preferably 1 × 10⁶~ 1 × 10⁹It is about Ω · cm. Although the electric resistance (b) measured under the high temperature and high humidity HH condition (35 ° C. × 80% RH) is smaller than the electric resistance (a) measured under the LL condition, in the charging roll of the present invention, The ratio (a / b) of the two is usually within 10 (within an order of magnitude), and the environmental dependence of electrical resistance is small. In order to adjust the electric resistance value of the charging roll within an appropriate range, it is preferable to mix a small amount of a conductive filler of about 0.1 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the rubber composition.
[0031]
The charging roll of the present invention has a moderately small hardness (JISA) of usually about 30 to 40, and can provide sufficient charging properties by being in close contact with the photosensitive drum. If the hardness of the charging roll is too high, uniform charging cannot be provided. The charging roll of the present invention has a small dynamic friction coefficient, usually 0.5 or less, despite its low hardness, and can smoothly rotate in contact with the photosensitive drum. The charging roller of the present invention does not contaminate the photosensitive drum even when used in contact with the photosensitive drum, and adheres toner even when used in a cleanerless image forming apparatus. No fogging occurs.
[0032]
Image forming device
The charging roll of the present invention includes at least a photosensitive drum, an exposing unit, a developing roll, and a charging roll. (1) The charging roll contacts the photosensitive drum to charge the surface of the photosensitive drum, and (2) the exposing unit. (3) The developing roller coated with the developer comes into contact with the photosensitive drum, and the electrostatic latent image is made visible by the developer. Used in an image forming apparatus configured to be developed into an image.
[0033]
FIG. 1 shows a cross-sectional view of an example of such an image forming apparatus. FIG. 1 is a specific example of an image forming apparatus used for a non-magnetic one-component developing method. The photosensitive drum 1 for forming an electrostatic latent image and the charging roll 8 are arranged so as to be in contact with each other, and a voltage is applied from a power supply 10 through the core metal 9 of the charging roll. Charges the surface of the drum. Exposure is performed by an exposure unit 7 using a laser light source or the like, and an electrostatic latent image is formed on the surface of the charged photosensitive drum 1. The photoconductor drum 1 is arranged so as to be in contact with the developing roll 2. In the developing step, a non-magnetic one-component developer (toner) 4 is applied to the surface of the adjacent developing roll 2 by the supply roll 6. The developing blade 3 uniformly controls the thickness of the toner applied to the surface of the developing roll. The toner uniformly and uniformly applied on the surface of the developing roll visualizes the electrostatic latent image formed on the surface of the photoconductor drum.
The toner image on the photosensitive drum is transferred onto a transfer material 15 such as transfer paper. In FIG. 1, an electric field is generated by using a transfer roll 11 and applying a voltage having a polarity opposite to that of the toner through a transfer roll core 12 by a power supply 13 to generate an electric field. The method of transferring to a transfer material is shown.
[0034]
After the transfer step, the toner remaining on the surface of the photosensitive drum may be removed by a cleaning device such as a cleaning blade. FIG. 1 shows a so-called cleanerless image forming apparatus without such a cleaning device. It is shown. Therefore, the toner remaining on the surface of the photosensitive drum comes into contact with the charging roll. In the cleanerless method, after passing through a charging process, toner is attracted to a developing device by electrostatic force and collected by a difference between a charged surface potential of the photosensitive drum and a developing bias. That is, the residual toner is collected by the electrostatic force generated in the developing process after the charging process is completed and before the transfer process is started. Incidentally, the core of the developing roll 2 is usually configured so that a bias voltage can be applied. In the case of the reversal developing method, a bias voltage having the same polarity as that of the electrostatic latent image on the photosensitive drum is applied to the metal core of the developing roll. The transfer material is, for example, paper or an OHP sheet.
[0035]
Developer (toner)
The toner that can be used in the image forming apparatus of the present invention is not particularly limited, but usually, a non-magnetic one-component developer is used, and particularly, the following toners are preferably used.
That is, a preferable toner has a volume average particle diameter (Dv) of usually 3 to 15 μm, preferably 5 to 10 μm, and a ratio (Dv / Dv) of the volume average particle diameter (Dv) to the number average particle diameter (Dn). Dn) is a substantially spherical non-magnetic one-component developer in which Dn) is usually in the range of 1.0 to 1.4. Use of such a substantially spherical toner is preferable because transferability is good, and when the toner is used in a cleanerless manner, the amount of toner remaining on the photoreceptor is reduced and adhesion to the charging roll is reduced. .
[0036]
A preferred spherical toner has a value (Sc / Sr) of 1.0 to 1.3 obtained by dividing the area (Sc) of a circle whose diameter is the absolute maximum length of a particle by the substantial projected area (Sr) of the particle. And the specific surface area by the BET method (S) [unit: m²/ G], the number average particle diameter (dn) [unit: μm], and the product (S × dn × d) of the true specific gravity (d) of 5 to 10. Ratio (Q / S) between the charge amount (Q) of the toner [unit: μc / g] and the specific surface area (S) [unit: μc / m]²] Is preferably in the range of 80 to 150.
[0037]
Such a non-magnetic one-component developer can be obtained by polymerizing a homogeneous mixture containing a vinyl monomer and a colorant by a suspension polymerization method. Specifically, for example, a mixture containing a vinyl monomer, a colorant, a polymerization initiator, and, if desired, various additives is uniformly dispersed in a ball mill or the like to prepare a mixed solution. A method of pulverizing in water by high-shear stirring to form droplet particles, followed by suspension polymerization at 30 to 200 ° C. is exemplified.
[0038]
Various additives can be internally or externally added to the non-magnetic one-component developer in order to control chargeability, conductivity, fluidity, or adhesion to a photosensitive drum or a fixing roll. Examples of such additives include release agents such as low molecular weight polypropylene, low molecular weight polyethylene, various waxes, and silicone oil; and inorganic fine powders such as carbon black, silica, alumina, titanium oxide, zinc oxide, cerium oxide, and calcium carbonate. And the like.
[0039]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to only these Examples.
The electrical characteristics, hardness, coefficient of kinetic friction, photoreceptor contamination, and toner adhesion were measured by the following methods.
(1) Electric resistance
The charging roll is fixed with the metal core material, a brass electrode having a width of 2 mm and a weight of 500 g is placed on the charging roll surface, and a DC voltage of 500 V is applied between the metal core material of the charging roll and the brass electrode. And measure the electrical resistance of the charging roll. The measured electric resistance is R (Ω), and the contact area of the electrode is S (cm).²), Assuming that the distance between the metal core and the electrode is L (cm), the volume resistivity ρ (Ω · cm) can be calculated by the following equation.
ρ = (RS) / L
Environmental conditions at the time of measurement were two conditions: low temperature and low humidity LL (10 ° C. × 20% RH) and high temperature and high humidity HH (35 ° C. × 80% RH).
[0040]
(2) Hardness
The hardness was measured using a rubber sheet having a thickness of 2 mm as a sample in accordance with the provisions of JIS K-6253.
(3) Dynamic friction coefficient
The charging roll is fixed to the moving body so as not to move, and a 20 mm wide polyester sheet is brought into contact with the charging roll so that the contact angle becomes 90 degrees, the load is changed from 50 g to 200 g, and the moving body is pulled at a pulling speed of 100 mm / min. Is measured, and the tension at this time is measured, and is obtained by the following formula.
μ = 2 / π × Ln (W2 / W1)
Here, μ is a coefficient of kinetic friction, W1 is a load lowered during measurement, and W2 is an average value of measured tension. FIG. 2 shows a schematic diagram of a dynamic friction coefficient measuring device.
[0041]
(4) OPC photoconductor contamination
A commercially available OPC photoreceptor is fixed, a charging roll is placed on the OPC photoreceptor so that a load of 1 kg is applied from above the charging roll, and the OPC photoreceptor is left under an environment of 50 ° C. × 80% RH for 2 weeks. The presence or absence of photoconductor contamination was visually evaluated.
〇: No contamination is observed.
×: Contamination is observed.
(5) Toner adhesion on charging roll
The created charging roll is attached to the electrophotographic printer (image forming apparatus) shown in FIG. 1 to perform continuous printing of 10,000 sheets, and toner adheres to the charging roll, which causes fogging on printing paper. The presence or absence of occurrence of toner was examined, and toner adhesion on the charging roll was evaluated.
A: No fog due to toner adhesion is observed.
：: Fog due to toner adhesion is slightly observed, but there is no problem.
X: Fog due to toner adhesion was observed, and the image was unclear.
[0042]
[Examples 1 to 4, Comparative Examples 1 to 3]
Each epihalohydrin copolymer rubber having a copolymer composition shown in Table 1 was produced using ethylene oxide and propylene oxide as alkylene oxide, epichlorohydrin as epihalohydrin, and allyl glycidyl ether as ethylenically unsaturated epoxide. Acrylonitrile / butadiene copolymer rubber (NBR) as a solid unsaturated rubber at normal temperature and liquid acrylonitrile / butadiene copolymer rubber (liquid NBR) as a liquid unsaturated rubber at room temperature are added to these epihalohydrin copolymer rubbers. Was added at a ratio shown in Table 1, and a vulcanization system shown in Table 1 and other additives were added to 100 parts by weight of these rubber components to prepare a rubber composition.
[0043]
Table 1 shows the composition of the epihalohydrin copolymer rubber and the mixing ratio of each component. In Table 1, the composition of the epihalohydrin copolymer rubber is shown by mol% of each copolymer component, and the mixing ratio of the copolymer rubber, the unsaturated rubber and the liquid unsaturated rubber is expressed by weight% of each rubber component. The vulcanization system and other additives are shown in parts by weight based on 100 parts by weight of rubber component.
The rubber compositions obtained in the above Examples and Comparative Examples were kneaded with a roll, formed into a sheet, and vulcanized at 155 ° C. for 30 minutes to obtain a vulcanized rubber sheet having a thickness of 2 mm. The hardness of each of the obtained vulcanized rubber sheets was evaluated by the above method. To form a charging roll, a roll-shaped substrate such as a metal rotating shaft is placed in a roll mold as a core, the rubber composition is placed therein, and the roll is formed around the core, and then heated. And vulcanization.
[0044]
After vulcanization molding, the surface of the obtained charging roll was polished with an abrasive to reduce the surface roughness to 10 μm or less. Then, the surface of the charging roll was irradiated with ultraviolet rays. The method of irradiating the ultraviolet light was a method of using an ultraviolet lamp having a lamp output of 80 W / cm, a rated power of 4000 W, and a wavelength of 200 to 450 nm, and irradiating the charging roll at a distance of 10 cm from the ultraviolet lamp for 1 to 3 minutes.
The thus obtained charging roll was evaluated for the coefficient of kinetic friction, contamination of the OPC photoreceptor, and fog of printing paper due to toner adhesion. Table 1 shows the results.
[0045]
[Table 1]

[0046]
(footnote)
(* 1) NBR: acrylonitrile-butadiene copolymer having an acrylonitrile content of 33% by weight
(* 2) Liquid NBR: liquid acrylonitrile-butadiene copolymer having an acrylonitrile content of 33% by weight
(* 3) TT: tetramethylthiuram disulfide
The unit of volume resistivity MΩ · cm is 10⁶Ω · cm.
[0047]
Each of the charging rolls obtained by using the rubber compositions of Examples 1 to 4 had an electric resistance of only one digit or less between the LL condition and the HH condition, had an appropriate electric resistance, and had a sufficient electric resistance. Environmental dependency is small. The vulcanized sheet of each of the examples has a low hardness, and has a low dynamic friction coefficient of the charging roll in spite of the low hardness, and balances the physical properties of the charging roll. In addition, each of the charging rolls of these examples had no contamination of the photoconductor. Further, in each of the charging rolls of these examples, the toner adhered to the surface, and as a result, the charging on the OPC photoreceptor became insufficient, and no printing defects such as covering on the printing paper were observed.
[0048]
On the other hand, when the rubber composition does not contain unsaturated rubber (Comparative Example 1) or when the amount of the liquid unsaturated rubber used is out of the usage range (Comparative Examples 2 to 3), it is practically used as a charging roll It turned out not to be. That is, in Comparative Example 1 in which the rubber composition did not contain the unsaturated rubber and the liquid unsaturated rubber, the coefficient of kinetic friction was large, and the OPC photoreceptor contamination and toner adhesion were severe, which was not practical. When the use ratio of the liquid unsaturated rubber is too small (Comparative Example 2), the hardness is too high, and when it is too large (Comparative Example 3), the coefficient of kinetic friction is increased. Was done.
[0049]
【The invention's effect】
Advantageous Effects of Invention According to the present invention, charging has low environmental dependence of electric resistance, stable low electric resistance, low hardness, low dynamic friction coefficient, no contamination on the photosensitive drum, and no contamination due to toner adhesion. Roles are provided. The charging roll of the present invention is suitable for a non-magnetic one-component contact developing system and a cleanerless image forming apparatus which does not require a device for cleaning a photosensitive drum. When the rubber layer of the charging roll is made of the present invention, adhesion of toner to the roll surface is reduced, and the contact portion with the photoreceptor becomes uniform, so that the charging of the photoreceptor becomes uniform. As a result, the toner tends to adhere uniformly, and uneven printing, blurring, fogging and the like do not occur. Further, according to the present invention, there is provided an image forming apparatus provided with a charging roll having such excellent characteristics.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of an image forming apparatus used in the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing a method for measuring a dynamic friction coefficient.
[Explanation of symbols]
1: Photoconductor drum
2: Developing roll
3: developing blade
4: developer (toner)
5: Developer container
6: Supply roll
7: Exposure equipment
8: Charging roll
9: Core of charging roll
10: Power supply
11: transfer roll
12: core metal
13: Power supply
14: Fixing roll
15: Transfer material (paper, OHP sheet, etc.)

Claims

金属製芯材の表面にゴム層を被覆した帯電ロールであって、ゴム層が、（Ａ）エピハロヒドリン共重合体ゴム４０〜９０重量％、（Ｂ）不飽和ゴム５〜４０重量％、及び（Ｃ）液状不飽和ゴム５〜２０重量％を含有するゴム組成物から形成されたものであることを特徴とする帯電ロール。A charging roll in which a rubber layer is coated on a surface of a metal core material, wherein the rubber layer comprises (A) 40 to 90% by weight of an epihalohydrin copolymer rubber, (B) 5 to 40% by weight of an unsaturated rubber, and ( C) A charging roll characterized by being formed from a rubber composition containing 5 to 20% by weight of a liquid unsaturated rubber.

エピハロヒドリン共重合体ゴム（Ａ）が、アルキレンオキサイド２８〜７０モル％、エピハロヒドリン２８〜７０モル％、及びエチレン性不飽和エポキシド２〜１５モル％を共重合して得られた共重合体ゴムである請求項１記載の帯電ロール。The epihalohydrin copolymer rubber (A) is a copolymer rubber obtained by copolymerizing 28 to 70 mol% of an alkylene oxide, 28 to 70 mol% of an epihalohydrin, and 2 to 15 mol% of an ethylenically unsaturated epoxide. The charging roll according to claim 1.

少なくとも感光体ドラム、露光手段、現像ロール、及び帯電ロールを備え、（１）帯電ロールが感光体ドラムに当接して感光体ドラム表面を帯電させ、（２）露光手段により露光することにより帯電した感光体ドラム表面に静電潜像を形成させ、（３）現像剤が塗布された現像ロールが感光体ドラムに当接して、静電潜像が現像剤により可視像に現像されるように構成された画像形成装置において、帯電ロールが請求項１または２記載の帯電ロールであることを特徴とする画像形成装置。At least a photosensitive drum, an exposing unit, a developing roll, and a charging roll are provided. An electrostatic latent image is formed on the surface of the photosensitive drum, and (3) the developing roller coated with the developer abuts on the photosensitive drum so that the electrostatic latent image is developed into a visible image by the developer. 3. An image forming apparatus comprising: a charging roller according to claim 1;