JP3984835B2 - 接触式帯電部材及び接触式帯電装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に電子写真画像形成装置に用いられる接触式帯電部材及び接触式帯電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真複写機もしくは電子写真プリンタ、静電記録装置等の電子写真画像形成装置は、像担持体を帯電させる一次帯電手段、像担持体上の現像剤を被印刷物上に引き寄せる転写手段等というような、被帯電体を均一に帯電する手段を含んでいる。その際用いられる帯電法として、従来のコロナ帯電法よりもオゾン発生量が大幅に少ない接触式帯電法の検討が行われ、最近では一部において実用化されている。
【０００３】
接触式帯電法とは、電圧を印加した帯電部材を被帯電体に当接させて被帯電体を帯電させるものであるが、当接部近傍の微小間隙で生じる放電現象を利用して被帯電体を帯電させる場合が一般的である。接触式帯電法に関する技術は多数提案されている（特開昭５７−１７８２６７号公報、特開昭５６−１０４３５１号公報、特開昭５８−４０５６６号公報、特開昭５８−１３９１５６号公報、特開昭５８−１５０９７５号公報等）。
【０００４】
また、帯電部材は被帯電体を所定の電位に保持させる機能がその本来の目的であり、そのためには、特に表面層の適正な設計が重要である。例えば、特開平０６−２４８１７４号公報では、ポリエーテルポリオールまたはポリエステルポリオールを含むポリオールとポリイソシアネートからなり、導電材を含有する高分子組成物において、該導電材がアルカリ金属塩からなり、また該高分子組成物のＯＨ／ＮＣＯ比が０．７以上１未満であることを特徴とする高分子組成物からなる層が芯金表面に形成されたロールが開示されている。該構成により電気抵抗のバラツキがなく、導電材としてのアルカリ金属塩の析出が見られないポリウレタン高分子組成物であるという特徴を有している。
【０００５】
しかし、接触帯電法、帯電部材について多数の提案がなされているものの、従来の帯電部材を被帯電体に当接させて、電圧、特に直流電圧を印加して被帯電体を帯電させる場合、帯電の不均一性による筋状画像を発生し易い、また、直接電圧を印加することによる感光体の放電絶縁破壊により、ピンホールが発生し、例えば円筒状感光体の場合軸方向全体の電流がそのピンホールに流れるため軸方向全体が帯電されなくなることがある等の欠点は、未だ解決されていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記のような欠点を解決し、帯電均一性に優れ、かつ感光体の放電絶縁破壊による画像欠陥等の発生のない接触式帯電部材、及びそれを用いた接触式帯電装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等が帯電部材の上記問題点（帯電均一性、リーク性）について鋭意検討した結果、(1)体積固有抵抗値の低い結着樹脂に必要最小限の導電材を分散させ抵抗調整した材料で表面層を構成することにより、上記２つの問題点を同時に解消できる、(2)結着樹脂中に水酸基を有する材料の体積固有抵抗値は、水酸基の絶対量と良好な相関関係があり、特にポリウレタン樹脂は、原料であるポリオール化合物とイソシアネート化合物の比率を適宜調整することで、比較的自由に水酸基量をコントロールできることから好適な材料である、ことを見出し本発明に至った。
【０００８】
即ち、本発明は以下の通りである。
（１）導電性基体と、該導電性基体上に設けられた導電性弾性層と、ポリウレタン樹脂及び該ポリウレタン樹脂１００質量部に対して３０〜（２００００／３０１）質量部の導電材を含有する体積固有抵抗値が４×１０ １２ 〜６×１０ １２ Ωｃｍである表面層と、を有する接触式帯電部材であって、該ポリウレタン樹脂は、水酸基（ＯＨ）とイソシアネート基（ＮＣＯ）のモル比が０．３≦ＮＣＯ／ＯＨ＜１．０であるポリウレタン原料から得られたポリウレタン樹脂であり、該ポリウレタン樹脂の水酸基価は、５ＫＯＨｍｇ／ｇ以上１００ＫＯＨｍｇ／ｇ以下である接触式帯電部材。
（２）前記導電材が金属酸化物、カーボンブラック又は球体状炭素材料である（１）に記載の接触式帯電部材。
（３）前記導電材が酸化スズである（１）に記載の接触式帯電部材。
（４）前記表面層の体積固有抵抗値が前記導電性弾性層の体積固有抵抗値よりも大きい（１）〜（３）のいずれかに記載の接触式帯電部材。
（５）帯電部材を有し、被帯電体に当接させた該帯電部材に電圧を印加することにより該被帯電体を帯電させる接触帯電装置において、該帯電部材が（１）〜（４）のいずれかに記載の接触式帯電部材であることを特徴とする接触式帯電装置。
（６）前記電圧が直流電圧のみである（５）に記載の接触式帯電装置。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
【００１０】
本発明の帯電部材は、導電性基体と、該導電性基体上に設けられた導電性弾性層と、ポリウレタン樹脂を含有する表面層とを有し、前記表面層のポリウレタン樹脂は、ポリウレタン原料の水酸基（ＯＨ）とイソシアネート基（ＮＣＯ）のモル比が０．３≦ＮＣＯ／ＯＨ＜１．０であり、水酸基価が５ＫＯＨｍｇ／ｇ以上１００ＫＯＨｍｇ／ｇ以下である接触式帯電部材である。
【００１１】
本発明の接触式帯電部材の一つの実施の形態を図２に示す。
【００１２】
本発明の接触式帯電部材は、電圧が印加される導電性基体である芯金２ａ、弾力性を付与する導電性弾性層２ｂ、被帯電体と接触する被覆層である表面層２ｄからなり、必要に応じて帯電部材の抵抗を制御する抵抗制御層２ｃが導電性弾性層２ｂの外側に設けられても良い。
【００１３】
図２に示す本発明で使用する導電性基体である芯金２ａは、ステンレス製の円柱である。導電性基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、銅及びニッケルなどの金属やこれらの金属を含むステンレス、ジュラルミン、真鍮及び青銅などの合金、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などの、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出来る。
本発明では、まず上記導電性基体２ａの外周に導電性弾性層２ｂを成形する。
【００１４】
導電性弾性層は、アルミニウム、パラジウム、鉄、銅等の金属系の粉体や繊維；ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン等の導電性高分子粉体；カーボンブラック；酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛等の金属酸化物、硫化銅、硫化亜鉛などの金属化合物粉、また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、酸化モリブテン、亜鉛、アルミニウム、金、銀、銅、クロム、コバルト、鉄、鉛、白金、ロジウムを電解処理、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等の導電材を分散させて導電性処理したゴムや絶縁性樹脂からなる層が挙げられる。あるいは、ゴムや絶縁性樹脂の表面を金属や他の導電性物質によってラミネート又はコートしたものなどを用いることができる。
【００１５】
導電性弾性層に用いられるゴムとしては、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、ヒドリンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム等が挙げられ、絶縁性樹脂としては、ポリカーボネート、ポリエステル等が挙げられる。
【００１６】
導電性弾性層は、体積固有抵抗値１０1〜１０11Ωｃｍが好ましく、特には１０2〜１０10Ωｃｍの範囲が好ましい。体積固有抵抗値は上記ゴムや絶縁性樹脂に加えるカーボンブラック、導電性金属酸化物、金属粉や導電性高分子粉体等の導電材の量を調整すれば良い。その配合量はゴムや絶縁性樹脂１００質量部に対し、０．５〜３００質量部であり、好ましくは３〜１００質量部である。
【００１７】
導電性弾性層の膜厚は０．５〜１０ｍｍ、特に１〜６ｍｍの範囲が好ましい。
【００１８】
導電性弾性層の膜厚を上記範囲とするには、導電性弾性層を成形する際に、例えば射出成形で膜厚をコントロールする場合には、加硫時、加硫後の弾性層材料の熱変形を考慮して金型を設計（寸法、形状）する、押し出し成形後、研磨にて膜厚をコントロールする場合には、研磨機の研磨条件を適正化する等の方法がある。
【００１９】
導電性弾性層の成形方法としては、上記の導電性弾性層の原料を混合して、例えば、押し出し成形や射出成形、圧縮成形等の公知の方法が挙げられる。また、導電性弾性層は、導電性基体の上に直接導電性弾性層を成形して作製してもよいし、チューブ形状に成形したものを導電性基体に被覆させてもよい。なお、導電性弾性層の作製後に表面を研磨して形状を整えてもよい。
【００２０】
導電性弾性層が完成した後に、その被覆層としてポリウレタン樹脂を含有する表面層を設ける。
【００２１】
表面層のポリウレタン樹脂の重合体原料としては以下に示すようなポリオール化合物並びにイソシアネート化合物がある。
【００２２】
ポリオール化合物としては、一例を挙げると、フタル酸、アジピン酸等の二塩基酸、ＴＭＰ、エチレングリコール、ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール等のアルコール類を原料として用いたオイルフリーポリエステルポリオール；大豆油、ひまし油、ヤシ油等のポリエステルポリオール；プロピレンオキサイド、エチレンオキサイド等のアルキレンオキサイドを原料として用いたポリエーテルポリオール；アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、ヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）、スチレン、アクリル酸等の共重合体であるアクリルポリオール；ポリマー鎖にＯＨ基を導入した有機フッ素化合物であるフッ素ポリオール；エポキシ基を有するエポキシポリオール；ＴＨＦの重合によるポリテトラメチレングリコール；ポリカーボネートポリオール；ブタジエンを原料とするポリブタジエンポリオール等の末端水酸基を有する化合物及びそれらの混合物などが挙げられる。
【００２３】
イソシアネート化合物としては、トリレンジイソシアネート、メタキシリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルイソシアネートなどの芳香族イソシアネート化合物、上記イソシアネートの水添加、ヘキサメチレンジイソシアネートなどの脂肪族イソシアネート化合物、およびこれらのイソシアネート化合物のイソシアネート基をフェノール、ケトキシム、芳香族第２級アミン、第３級アルコール、アミド、ラクタム、複素環化合物、亜硫酸塩などでブロックしたブロックイソシアネート化合物などが挙げられる。
【００２４】
上記、ポリオール化合物とイソシアネート化合物は、ベンゼン、トルエン、ニトロベンゼン、ジブチルエーテル、メチルエチルケトン、ジオキサン、アセトニトリル等の溶剤で溶解できるので、成形の際に、下層である導電性弾性層をおかすことのない塗工法をとることが可能である。
【００２５】
また、ポリウレタン、エラストマーをＮ−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド、ＤＭＦ、ピリジン、ベンジルアルコール等で溶解し再び成形することも可能である。
【００２６】
重合体の生成を促進する触媒として、ナフテン酸マグネシウム、ナフテン酸コバルトなどのナフテン酸塩類、ジブチルスズジラウレート、ジメチルスズジラウレートなどの有機スズ化合物、Ｎ−メチルモルホリン、Ｎ，Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−テトラメチルポリメチレンジアミンなどのアミン化合物などを添加しても良い。触媒の添加量は重合体に対し、０．００１〜５質量％の範囲が好ましい。
【００２７】
本発明の表面層に用いられるポリウレタン樹脂は、上記ポリウレタン重合原料の水酸基（ＯＨ）とイソシアネート基（ＮＣＯ）のモル比が０．３≦ＮＣＯ／ＯＨ＜１．０である。好ましくはＮＣＯ／ＯＨが０．４〜０．９９である。ＮＣＯ／ＯＨが、０．３より小さい場合、架橋度が小さいことにより、材料強度が不足するため、このような材料で表面層を形成すると、使用途中で表面層のひび割れ等が起こり帯電不良起因の画像不良を発生する傾向がある。ＮＣＯ／ＯＨが、１．０以上の場合、ポリウレタン樹脂中の水酸基が少なくポリウレタン樹脂自体の体積固有抵抗値を所望の値に調整しにくい。
【００２８】
また、本発明のポリウレタン樹脂の水酸基価は５ＫＯＨｍｇ／ｇ以上１００ＫＯＨｍｇ／ｇ以下であり、好ましくは１０ＫＯＨｍｇ／ｇ以上５０ＫＯＨｍｇ／ｇ以下である。
【００２９】
水酸基価が５ＫＯＨｍｇ／ｇより低い場合、ポリウレタン樹脂自体の体積固有抵抗値が高くなり、上述の望ましい表面層の抵抗範囲に制御するには、多量の導電材を添加、分散させる必要がある。本発明者等の検討によれば、このような材料は、ある電圧のもとで抵抗を合わせ込んでも抵抗の電圧依存性が大きく、高電圧印加の元では極度に抵抗が低下する傾向がある。帯電均一性を良化させるには、低電圧印加の元での表面層の抵抗を下げる必要があるが、上記の理由でリーク性が悪化する。逆に高電圧印加時の抵抗を上げるとリーク性は良いものの、帯電均一性が悪化するため、帯電均一性とリーク性を両立させることができない。また、多量の導電材を添加、分散させると、表面層のミクロ的な抵抗ムラが大きくなり、帯電均一性が悪化する傾向がある。
【００３０】
水酸基価が１００ＫＯＨｍｇ／ｇより高い場合、ポリウレタン樹脂自体の体積固有抵抗値が下がり、少量の導電材の添加、分散で抵抗調整できるため、帯電均一性が良く（表面層の抵抗低）、リーク性が良い表面層を得られるが、材料のタック性（特に高温高湿下）が大きくなるため、このような材料で表面層を形成すると、使用途中で、現像剤、紙粉等が付着し、帯電不良起因の画像不良を発生する傾向がある。
【００３１】
ポリウレタンの水酸基価を５０ＫＯＨｍｇ／ｇ以上、１００ＫＯＨｍｇ／ｇ以下とするには、原料であるポリオール化合物とイソシアネート化合物の比率を適宜調整すれば良い。
【００３２】
表面層に含有される導電材としては、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛等の金属酸化物からなる導電材、カーボンブラック、球体状炭素材料からなる導電材等があり、単独または２種類以上組み合わせて使用してもよい。
【００３３】
表面層の樹脂に加えるこれらの導電材の配合量は、表面層の樹脂の体積固有抵抗値が１０６〜１０１４Ωｃｍになるように決めることが好ましい。また、特願昭６２−２３０３３４号公報に示されるように表面層の体積固有抵抗値は表面層に接する下層の体積固有抵抗値より大きいことが好ましい。本発明において「表面層に接する下層」とは、主に導電性弾性層である。具体的には、表面層の体積固有抵抗値が１０６〜１０１４Ωｃｍで、導電性弾性層の体積固有抵抗値が１０１〜１０１１Ωｃｍであることが好ましい。
【００３４】
表面層に用いる導電材の具体的な含有量としては、ポリウレタン樹脂１００質量部に対して３０〜２００質量部が好ましい。表面層の体積固有抵抗値が導電性弾性層の体積固有抵抗値より小さいと高電圧印加の元で帯電部材の抵抗が低下しやすく、リーク性が不良となる。
【００３５】
体積固有抵抗値は、抵抗値測定機（商品名：ハイレスタＵＰ、Ｊ−Ｂｏｘ、三菱化学（株）製）を用い、導電性弾性層及び表面層材料のシートサンプルにて測定する。測定は、直流電圧１００Ｖで３０秒印加の条件で行う。
表面層の膜厚は１〜５００μｍ、特に２〜２００μｍの範囲が好ましい。
【００３６】
表面層の膜厚を上記範囲とするには、表面層を成形する際に、成形法に応じ、表面層形成用の樹脂塗料の固形分、粘度等を適正な範囲に調整することで制御する。膜厚の測定は、以下の方法により行う。
１）帯電部材の９個所（ローラ形状の場合、両端部から１０ｍｍ位置、と中央部の３位置で、周方向３個所（任意の場所を起点に１２０°刻み））から、ナイフで試料を切り出す。
２）光学顕微鏡で各試料の断面を観察し（４００倍程度）、表面層の膜厚を求める。９点の算術平均をもって表面層膜厚とする。
【００３７】
表面層の成形方法としては、上記の表面層を構成する材料を、サンドミル、ペイントシェーカー、ダイノミル、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、得られた表面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層の上に塗工する。
【００３８】
抵抗制御層２ｃは、帯電部材の部分的な抵抗ムラを無くし、抵抗の均一性を向上させる目的で、弾性層と表面層の間に必要に応じて設けても良い。
【００３９】
帯電部材の形状としてはローラ、ブラシ、ブレード、ベルトなどいずれの形状をとってもよく電子写真装置の仕様、形態にあわせて選択可能である。これらの中でもローラ形状が好ましい。
【００４０】
＜２＞本発明の接触式帯電装置
本発明の接触式帯電部材を用いた接触式帯電装置を組込んだ画像形成装置（複写機）の概略構成図を図１に示す。
【００４１】
本発明の接触式帯電部材２は、電源３より直流電圧あるいは直流電圧と交流電圧の重畳電圧等の振動電圧が導電性基体に印加される。
【００４２】
本発明の接触式帯電装置は、帯電部材に本発明の接触式帯電部材を用いることにより、上述のような（１）低電圧から高電圧に渡り帯電部材の抵抗が安定している、即ち、抵抗の電圧依存性が小さい。（２）少量の導電材添加で表面層抵抗を安定して制御できるため、表面層のミクロ的な抵抗ムラが小さいなどの帯電部材自体の効果をもたらすので、帯電部材を用いた帯電装置は、「帯電均一性に優れ、感光体の放電絶縁破壊による画像欠陥等の発生がない」ものを構成することが可能となる。その導電性基体への印加電圧は直流電圧、もしくは交流電圧と直流電圧の重畳電圧などの振動電圧のいずれであってもよく、いずれの場合も本発明の優れた効果を発揮することができる。特に交流電源を廃した直流電圧のみの場合その効果が顕著である。
【００４３】
従来の帯電部材では、直流電圧のみを印加して感光体を帯電処理する場合、表面層のミクロ的な抵抗ムラに起因し、帯電不均一性を生じ易い、交流電圧を重畳する場合に比べてリークし易いという問題があったが、本発明の帯電部材を用いることで、感光体表面の均一帯電性、耐リーク性が著しく向上するため、直流電圧のみでの帯電処理が可能となった。なお、直流電圧としては、８００〜２０００Ｖが好ましい。
【００４４】
本発明の接触式帯電部材２は、導電性基体である芯金２ａに、電源３より直流電圧あるいは直流電圧と交流電圧の重畳電圧等の振動電圧が印加される。
【００４５】
前記接触式帯電部材２は、図示しない押圧手段により所定の当接力をもって被帯電体である感光体１に当接している。当接力は、片側１００〜８００ｇ荷重、両側２００〜１６００ｇ荷重の当接力であることが好ましい。
【００４６】
図１の画像形成装置において、接触式帯電部材２と感光体１はそれぞれ矢印の方向に回転し、電源３により印加される電圧により接触式帯電部材２が当接する感光体の感光層１ｂが帯電され、露光手段４により静電潜像が形成され、現像手段５により該静電潜像が現像されて、感光層１ｂ上にトナー画像が形成され、転写手段６において被印刷物７上に転写され、永久画像が形成される。転写されなかった転写残トナーは、クリーニング手段８で回収される。
【００４７】
【実施例】
以下に、本発明の接触式帯電部材及び接触式帯電装置を実施例を用いて詳細に説明する。
【００４８】
【実施例１】
（１）導電性弾性層の作成
シリコーンゴム１００質量部、酸化亜鉛５質量部、導電性カーボンブラック７質量部及び工業用パラフィン２０質量部を密閉型ミキサーを用いて充分混合、混練した後、オープンロールにてジクミルパーオキサイド２質量部を添加し、導電性弾性層用コンパウンドを調製した。この導電性弾性層用コンパウンドを、直径６ｍｍのステンレス製芯金上に１５０℃で１５分間加熱加硫させ、厚さ３ｍｍの導電性弾性層を有するシリコーンゴムローラを作成した。
【００４９】
同時に、加硫シート（２ｍｍ厚）を作製し、三菱化学製ハイレスタＵＰを用いて体積固有抵抗値を測定（２３℃／６０％、１００Ｖ印加、３０秒）したところ、２×１０7Ωｃｍであった。
【００５０】
（２）表面層の作成ラクトン変性アクリルポリオール（水酸基価９０ＫＯＨｍｇ／ｇ）７１質量部、メチルエチルケトン１２９質量部、導電性酸化スズ５０質量部を小型のビーズミルを用いて分散させた後、ヘキサメチレンジイソシアネート１４．３質量部を添加、溶解し表面層形成用樹脂塗料を調製した。（ＮＣＯ／ＯＨ＝０．７０）
上記表面層形成用樹脂塗料を前記シリコーンゴムローラの上に浸漬塗布し、１５０℃で１時間乾燥することにより厚さ２０μｍの表面層を有する帯電部材を得た。ポリウレタン樹脂中の水酸基価は、２７．３ＫＯＨｍｇ／ｇであった。同時に、４０μｍ厚のフィルムを作製し、三菱化学製ハイレスタＵＰを用いて体積固有抵抗値を測定（１００Ｖ印加、３０秒）したところ、５×１０12Ωｃｍであった。
【００５１】
（３）帯電部材の評価
上記帯電部材をレーザビームプリンタ（レーザジェット４ｓｉヒューレットパッカード製）に用いられるカートリッジの一次帯電器位置に取り付け、直流電圧−１１６０Ｖのバイアスを印加し２３℃／６０％の環境下で初期画像評価、リーク試験および８０００枚の耐久試験を行った。結果を表１に示す。
【００５２】
＜１＞画像均一性
１ドット２スペースの横ハーフトーン画像に現れる横筋を評価した。評価基準は以下の通りである。
〇：横筋なし
△：横筋少数
×：横筋多数
【００５３】
＜２＞耐久性
▲１▼表面層の汚れ
耐久後、１ドット２スペースの横ハーフトーン画像に現れる濃度ムラを評価した。評価基準は以下の通りである。
〇：濃度ムラ良好
△：わずかな濃度ムラ
×：著しい濃度ムラ
▲２▼表面層のクラック
耐久後の帯電ローラ表面を光学顕微鏡で観察し、クラックの程度を下記の基準に基づいて評価した。
〇：軽微なクラックしか観察されない
△：部分的にクラックが観察される
×：著しいクラックが観察される
【００５４】
＜３＞ピンホールリーク試験
ピンホールを開けた感光ドラムを用いて、１ドット２スペースの横ハーフトーン画像に現れるピンホール起因の横抜け（横黒筋）を評価した（直流電圧−１１６０Ｖ）。評価基準は以下の通りである。
○：横抜けなし
△：わずかに横抜け
×：著しい横抜け
【００５５】
【表１】
【００５６】
【実施例２】
（１）導電性弾性層の作成
実施例１と同様に行った。
（２）表面層の作成
導電性酸化スズの量を５５質量部、へキサメチレンジイソシアネートの量を１７．８質量部とした以外は実施例１と同様にして表面層形成用樹脂塗料を調製した。（ＮＣＯ／ＯＨ＝０．８７）
得られた表面層形成用樹脂塗料を用いて実施例１と同様にして、厚さ２１μｍの表面層を有する帯電部材を得た。ポリウレタン樹脂中の水酸基価は、１１．７ＫＯＨｍｇ／ｇであった。
【００５７】
同時に、４０μｍ厚のフィルムを作製し、体積固有抵抗値を測定したところ、６×１０12Ωｃｍであった。
（３）帯電部材の評価
上記帯電部材を、実施例１と同じ条件で初期画像評価、耐久試験、リーク試験を行った。結果を表１に示す。
【００５８】
【実施例３】
（１）導電性弾性層の作成
実施例１と同様に行った。
（２）表面層の作成
導電性酸化スズの量を４５質量部、ヘキサメチレンジイソシアネートの量を８．９質量部とした以外は実施例１と同様にして表面層形成用樹脂塗料を調製した。（ＮＣＯ／ＯＨ＝０．４４）得られた表面層形成用樹脂塗料を用いて実施例１と同様にして、厚さ１９μｍの表面層を有する帯電部材を得た。ポリウレタン樹脂中の水酸基価は、５０．８ＫＯＨｍｇ／ｇであった。同時に、４０μｍ厚のフィルムを作製し、体積固有抵抗値を測定したところ、４×１０12Ωｃｍであった。
【００５９】
（３）帯電部材の評価
上記帯電部材を、実施例１と同じ条件で初期画像評価、耐久試験、リーク試験を行った。結果を表１に示す。
【００６０】
【実施例４】
（１）導電性弾性層の作成
実施例１と同様に行った。
（２）表面層の作成
導電性酸化スズの量を６０質量部、ヘキサメチレンジイソシアネートの量を１９．３質量部とした以外は実施例１と同様にして表面層形成用樹脂塗料を調製した。（ＮＣＯ／ＯＨ＝０．９４）
得られた表面層用塗料を用いて実施例１と同様にして、厚さ２２μｍの表面層を有する帯電部材を得た。ポリウレタン樹脂中の水酸基価は、５．４２ＫＯＨｍｇ／ｇであった。同時に、４０μｍ厚のフィルムを作製し、体積固有抵抗値を測定したところ、５．５×１０12Ωｃｍであった。
（３）帯電部材の評価上記帯電部材を、実施例１と同じ条件で初期画像評価、耐久試験、リーク試験を行った。結果を表１に示す。
【００６１】
【実施例５】
（１）導電性弾性層の作成
実施例１と同様に行った。
（２）表面層の作成
ポリエステルポリオール（水酸基価１５０ＫＯＨｍｇ／ｇ）７１質量部、メチルエチルケトン１２９質量部、導電性酸化スズ４０質量部を小型のビーズミルを用いて分散させた後、へキサメチレンジイソシアネート１１．４質量部を添加、溶解し表面層形成用樹脂塗料を調製した。（ＮＣＯ／ＯＨ＝０．３３）
得られた表面層形成用樹脂塗料を用いて実施例１と同様にして、厚さ２０μｍの表面層を有する帯電部材を得た。ポリウレタン樹脂中の水酸基価は、９９．９ＫＯＨｍｇ／ｇであった。同時に、４０μｍ厚のフィルムを作製し、体積固有抵抗値を測定したところ、４．５×１０12Ωｃｍであった。
【００６２】
（３）帯電部材の評価
上記帯電部材を、実施例１と同じ条件で初期画像評価、耐久試験、リーク試験を行った。結果を表１に示す。
【００６３】
【比較例１】
（１）導電性弾性層の作成
実施例１と同様に行った。
（２）表面層の作成
導電性酸化スズの量を７０質量部、へキサメチレンジイソシアネートの量を２０質量部とした以外は実施例１と同様にして表面層形成用樹脂塗料を調製した。（ＮＣＯ／ＯＨ＝０．９７）
得られた表面層形成用樹脂塗料を用いて実施例１と同様にして、厚さ１８μｍの表面層を有する帯電部材を得た。ポリウレタン樹脂中の水酸基価は、２．３０ＫＯＨｍｇ／ｇであった。同時に、４０μｍ厚のフィルムを作製し、体積固有抵抗値を測定したところ、６．０×１０12Ωｃｍであった。
【００６４】
（３）帯電部材の評価
上記帯電部材を、実施例１と同じ条件で初期画像評価、耐久試験、リーク試験を行った。結果を表１に示す。
【００６５】
【比較例２】
（１）導電性弾性層の作成
実施例１と同様に行った。
（２）表面層の作成
導電性酸化スズの量を５０質量部とした以外は比較例１と同様にして表面層形成用樹脂塗料を調製した。（ＮＣＯ／ＯＨ＝０．９７）得られた表面層形成用樹脂塗料を用いて実施例１と同様にして、厚さ１８μｍの表面層を有する帯電部材を得た。ポリウレタン樹脂中の水酸基価は、２．３０ＫＯＨｍｇ／ｇであった。同時に、４０μｍ厚のフイルムを作製し、体積固有抵抗値を測定したところ、２．０×１０14Ωｃｍであった。
【００６６】
（３）帯電部材の評価
上記帯電部材を、実施例１と同じ条件で初期画像評価、耐久試験、リーク試験を行った。結果を表１に示す。
【００６７】
【比較例３】
（１）導電性弾性層の作成
実施例１と同様に行った。
（２）表面層の作成
ポリエステルポリオール（水酸基価２２５ＫＯＨｍｇ／ｇ）７１質量部、メチルエチルケトン１２９質量部、導電性酸化スズ３０質量部を小型のビーズミルを用いて分散させた後、ヘキサメチレンジイソシアネート２１．４質量部を添加、溶解し表面層形成用樹脂塗料を調製した。（ＮＣＯ／ＯＨ＝０．４２）得られた表面層形成用樹脂塗料を用いて実施例１と同様にして、厚さ２２μｍの表面層を有する帯電部材を得た。ポリウレタン樹脂中の水酸基価は、１３１ＫＯＨｍｇ／ｇであった。同時に、４０μｍ厚のフィルムを作製し、体積固有抵抗値を測定したところ、０．９×１０12Ωｃｍであった。
【００６８】
（３）帯電部材の評価
上記帯電部材を、実施例１と同じ条件で初期画像評価、耐久試験、リーク試験を行った。結果を表１に示す。
【００６９】
【発明の効果】
本発明により、帯電均一性に優れ、かつ感光体の放電絶縁破壊による画像欠陥等の発生のない接触式帯電部材、及びそれを用いた接触式帯電装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の接触式帯電装置を用いた画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】 本発明の接触式帯電部材の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 感光体（被帯電体）
１ａ 導電性基体
１ｂ 感光層
２ 接触式帯電部材
２ａ 導電性基体
２ｂ 導電性弾性層
２ｃ 抵抗制御層
２ｄ 表面層
３ 電源
４ 露光手段
５ 現像手段
６ 転写手段
７ 被印刷物
８ クリーニング手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に電子写真画像形成装置に用いられる接触式帯電部材及び接触式帯電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真複写機もしくは電子写真プリンタ、静電記録装置等の電子写真画像形成装置は、像担持体を帯電させる一次帯電手段、像担持体上の現像剤を被印刷物上に引き寄せる転写手段等というような、被帯電体を均一に帯電する手段を含んでいる。その際用いられる帯電法として、従来のコロナ帯電法よりもオゾン発生量が大幅に少ない接触式帯電法の検討が行われ、最近では一部において実用化されている。
【０００３】
接触式帯電法とは、電圧を印加した帯電部材を被帯電体に当接させて被帯電体を帯電させるものであるが、当接部近傍の微小間隙で生じる放電現象を利用して被帯電体を帯電させる場合が一般的である。接触式帯電法に関する技術は多数提案されている（特開昭５７−１７８２６７号公報、特開昭５６−１０４３５１号公報、特開昭５８−４０５６６号公報、特開昭５８−１３９１５６号公報、特開昭５８−１５０９７５号公報等）。
【０００４】
また、帯電部材は被帯電体を所定の電位に保持させる機能がその本来の目的であり、そのためには、特に表面層の適正な設計が重要である。例えば、特開平０６−２４８１７４号公報では、ポリエーテルポリオールまたはポリエステルポリオールを含むポリオールとポリイソシアネートからなり、導電材を含有する高分子組成物において、該導電材がアルカリ金属塩からなり、また該高分子組成物のＯＨ／ＮＣＯ比が０．７以上１未満であることを特徴とする高分子組成物からなる層が芯金表面に形成されたロールが開示されている。該構成により電気抵抗のバラツキがなく、導電材としてのアルカリ金属塩の析出が見られないポリウレタン高分子組成物であるという特徴を有している。
【０００５】
しかし、接触帯電法、帯電部材について多数の提案がなされているものの、従来の帯電部材を被帯電体に当接させて、電圧、特に直流電圧を印加して被帯電体を帯電させる場合、帯電の不均一性による筋状画像を発生し易い、また、直接電圧を印加することによる感光体の放電絶縁破壊により、ピンホールが発生し、例えば円筒状感光体の場合軸方向全体の電流がそのピンホールに流れるため軸方向全体が帯電されなくなることがある等の欠点は、未だ解決されていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記のような欠点を解決し、帯電均一性に優れ、かつ感光体の放電絶縁破壊による画像欠陥等の発生のない接触式帯電部材、及びそれを用いた接触式帯電装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等が帯電部材の上記問題点（帯電均一性、リーク性）について鋭意検討した結果、(1)体積固有抵抗値の低い結着樹脂に必要最小限の導電材を分散させ抵抗調整した材料で表面層を構成することにより、上記２つの問題点を同時に解消できる、(2)結着樹脂中に水酸基を有する材料の体積固有抵抗値は、水酸基の絶対量と良好な相関関係があり、特にポリウレタン樹脂は、原料であるポリオール化合物とイソシアネート化合物の比率を適宜調整することで、比較的自由に水酸基量をコントロールできることから好適な材料である、ことを見出し本発明に至った。
【０００８】
即ち、本発明は以下の通りである。
（１）導電性基体と、該導電性基体上に設けられた導電性弾性層と、ポリウレタン樹脂及び該ポリウレタン樹脂１００質量部に対して３０〜（２００００／３０１）質量部の導電材を含有する体積固有抵抗値が４×１０ １２ 〜６×１０ １２ Ωｃｍである表面層と、を有する接触式帯電部材であって、該ポリウレタン樹脂は、水酸基（ＯＨ）とイソシアネート基（ＮＣＯ）のモル比が０．３≦ＮＣＯ／ＯＨ＜１．０であるポリウレタン原料から得られたポリウレタン樹脂であり、該ポリウレタン樹脂の水酸基価は、５ＫＯＨｍｇ／ｇ以上１００ＫＯＨｍｇ／ｇ以下である接触式帯電部材。
（２）前記導電材が金属酸化物、カーボンブラック又は球体状炭素材料である（１）に記載の接触式帯電部材。
（３）前記導電材が酸化スズである（１）に記載の接触式帯電部材。
（４）前記表面層の体積固有抵抗値が前記導電性弾性層の体積固有抵抗値よりも大きい（１）〜（３）のいずれかに記載の接触式帯電部材。
（５）帯電部材を有し、被帯電体に当接させた該帯電部材に電圧を印加することにより該被帯電体を帯電させる接触帯電装置において、該帯電部材が（１）〜（４）のいずれかに記載の接触式帯電部材であることを特徴とする接触式帯電装置。
（６）前記電圧が直流電圧のみである（５）に記載の接触式帯電装置。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
【００１０】
本発明の帯電部材は、導電性基体と、該導電性基体上に設けられた導電性弾性層と、ポリウレタン樹脂を含有する表面層とを有し、前記表面層のポリウレタン樹脂は、ポリウレタン原料の水酸基（ＯＨ）とイソシアネート基（ＮＣＯ）のモル比が０．３≦ＮＣＯ／ＯＨ＜１．０であり、水酸基価が５ＫＯＨｍｇ／ｇ以上１００ＫＯＨｍｇ／ｇ以下である接触式帯電部材である。
【００１１】
本発明の接触式帯電部材の一つの実施の形態を図２に示す。
【００１２】
本発明の接触式帯電部材は、電圧が印加される導電性基体である芯金２ａ、弾力性を付与する導電性弾性層２ｂ、被帯電体と接触する被覆層である表面層２ｄからなり、必要に応じて帯電部材の抵抗を制御する抵抗制御層２ｃが導電性弾性層２ｂの外側に設けられても良い。
【００１３】
図２に示す本発明で使用する導電性基体である芯金２ａは、ステンレス製の円柱である。導電性基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、銅及びニッケルなどの金属やこれらの金属を含むステンレス、ジュラルミン、真鍮及び青銅などの合金、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などの、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出来る。
本発明では、まず上記導電性基体２ａの外周に導電性弾性層２ｂを成形する。
【００１４】
導電性弾性層は、アルミニウム、パラジウム、鉄、銅等の金属系の粉体や繊維；ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン等の導電性高分子粉体；カーボンブラック；酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛等の金属酸化物、硫化銅、硫化亜鉛などの金属化合物粉、また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、酸化モリブテン、亜鉛、アルミニウム、金、銀、銅、クロム、コバルト、鉄、鉛、白金、ロジウムを電解処理、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等の導電材を分散させて導電性処理したゴムや絶縁性樹脂からなる層が挙げられる。あるいは、ゴムや絶縁性樹脂の表面を金属や他の導電性物質によってラミネート又はコートしたものなどを用いることができる。
【００１５】
導電性弾性層に用いられるゴムとしては、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、ヒドリンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム等が挙げられ、絶縁性樹脂としては、ポリカーボネート、ポリエステル等が挙げられる。
【００１６】
導電性弾性層は、体積固有抵抗値１０1〜１０11Ωｃｍが好ましく、特には１０2〜１０10Ωｃｍの範囲が好ましい。体積固有抵抗値は上記ゴムや絶縁性樹脂に加えるカーボンブラック、導電性金属酸化物、金属粉や導電性高分子粉体等の導電材の量を調整すれば良い。その配合量はゴムや絶縁性樹脂１００質量部に対し、０．５〜３００質量部であり、好ましくは３〜１００質量部である。
【００１７】
導電性弾性層の膜厚は０．５〜１０ｍｍ、特に１〜６ｍｍの範囲が好ましい。
【００１８】
導電性弾性層の膜厚を上記範囲とするには、導電性弾性層を成形する際に、例えば射出成形で膜厚をコントロールする場合には、加硫時、加硫後の弾性層材料の熱変形を考慮して金型を設計（寸法、形状）する、押し出し成形後、研磨にて膜厚をコントロールする場合には、研磨機の研磨条件を適正化する等の方法がある。
【００１９】
導電性弾性層の成形方法としては、上記の導電性弾性層の原料を混合して、例えば、押し出し成形や射出成形、圧縮成形等の公知の方法が挙げられる。また、導電性弾性層は、導電性基体の上に直接導電性弾性層を成形して作製してもよいし、チューブ形状に成形したものを導電性基体に被覆させてもよい。なお、導電性弾性層の作製後に表面を研磨して形状を整えてもよい。
【００２０】
導電性弾性層が完成した後に、その被覆層としてポリウレタン樹脂を含有する表面層を設ける。
【００２１】
表面層のポリウレタン樹脂の重合体原料としては以下に示すようなポリオール化合物並びにイソシアネート化合物がある。
【００２２】
ポリオール化合物としては、一例を挙げると、フタル酸、アジピン酸等の二塩基酸、ＴＭＰ、エチレングリコール、ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール等のアルコール類を原料として用いたオイルフリーポリエステルポリオール；大豆油、ひまし油、ヤシ油等のポリエステルポリオール；プロピレンオキサイド、エチレンオキサイド等のアルキレンオキサイドを原料として用いたポリエーテルポリオール；アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、ヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）、スチレン、アクリル酸等の共重合体であるアクリルポリオール；ポリマー鎖にＯＨ基を導入した有機フッ素化合物であるフッ素ポリオール；エポキシ基を有するエポキシポリオール；ＴＨＦの重合によるポリテトラメチレングリコール；ポリカーボネートポリオール；ブタジエンを原料とするポリブタジエンポリオール等の末端水酸基を有する化合物及びそれらの混合物などが挙げられる。
【００２３】
イソシアネート化合物としては、トリレンジイソシアネート、メタキシリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルイソシアネートなどの芳香族イソシアネート化合物、上記イソシアネートの水添加、ヘキサメチレンジイソシアネートなどの脂肪族イソシアネート化合物、およびこれらのイソシアネート化合物のイソシアネート基をフェノール、ケトキシム、芳香族第２級アミン、第３級アルコール、アミド、ラクタム、複素環化合物、亜硫酸塩などでブロックしたブロックイソシアネート化合物などが挙げられる。
【００２４】
上記、ポリオール化合物とイソシアネート化合物は、ベンゼン、トルエン、ニトロベンゼン、ジブチルエーテル、メチルエチルケトン、ジオキサン、アセトニトリル等の溶剤で溶解できるので、成形の際に、下層である導電性弾性層をおかすことのない塗工法をとることが可能である。
【００２５】
また、ポリウレタン、エラストマーをＮ−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド、ＤＭＦ、ピリジン、ベンジルアルコール等で溶解し再び成形することも可能である。
【００２６】
重合体の生成を促進する触媒として、ナフテン酸マグネシウム、ナフテン酸コバルトなどのナフテン酸塩類、ジブチルスズジラウレート、ジメチルスズジラウレートなどの有機スズ化合物、Ｎ−メチルモルホリン、Ｎ，Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−テトラメチルポリメチレンジアミンなどのアミン化合物などを添加しても良い。触媒の添加量は重合体に対し、０．００１〜５質量％の範囲が好ましい。
【００２７】
本発明の表面層に用いられるポリウレタン樹脂は、上記ポリウレタン重合原料の水酸基（ＯＨ）とイソシアネート基（ＮＣＯ）のモル比が０．３≦ＮＣＯ／ＯＨ＜１．０である。好ましくはＮＣＯ／ＯＨが０．４〜０．９９である。ＮＣＯ／ＯＨが、０．３より小さい場合、架橋度が小さいことにより、材料強度が不足するため、このような材料で表面層を形成すると、使用途中で表面層のひび割れ等が起こり帯電不良起因の画像不良を発生する傾向がある。ＮＣＯ／ＯＨが、１．０以上の場合、ポリウレタン樹脂中の水酸基が少なくポリウレタン樹脂自体の体積固有抵抗値を所望の値に調整しにくい。
【００２８】
また、本発明のポリウレタン樹脂の水酸基価は５ＫＯＨｍｇ／ｇ以上１００ＫＯＨｍｇ／ｇ以下であり、好ましくは１０ＫＯＨｍｇ／ｇ以上５０ＫＯＨｍｇ／ｇ以下である。
【００２９】
水酸基価が５ＫＯＨｍｇ／ｇより低い場合、ポリウレタン樹脂自体の体積固有抵抗値が高くなり、上述の望ましい表面層の抵抗範囲に制御するには、多量の導電材を添加、分散させる必要がある。本発明者等の検討によれば、このような材料は、ある電圧のもとで抵抗を合わせ込んでも抵抗の電圧依存性が大きく、高電圧印加の元では極度に抵抗が低下する傾向がある。帯電均一性を良化させるには、低電圧印加の元での表面層の抵抗を下げる必要があるが、上記の理由でリーク性が悪化する。逆に高電圧印加時の抵抗を上げるとリーク性は良いものの、帯電均一性が悪化するため、帯電均一性とリーク性を両立させることができない。また、多量の導電材を添加、分散させると、表面層のミクロ的な抵抗ムラが大きくなり、帯電均一性が悪化する傾向がある。
【００３０】
水酸基価が１００ＫＯＨｍｇ／ｇより高い場合、ポリウレタン樹脂自体の体積固有抵抗値が下がり、少量の導電材の添加、分散で抵抗調整できるため、帯電均一性が良く（表面層の抵抗低）、リーク性が良い表面層を得られるが、材料のタック性（特に高温高湿下）が大きくなるため、このような材料で表面層を形成すると、使用途中で、現像剤、紙粉等が付着し、帯電不良起因の画像不良を発生する傾向がある。
【００３１】
ポリウレタンの水酸基価を５０ＫＯＨｍｇ／ｇ以上、１００ＫＯＨｍｇ／ｇ以下とするには、原料であるポリオール化合物とイソシアネート化合物の比率を適宜調整すれば良い。
【００３２】
表面層に含有される導電材としては、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛等の金属酸化物からなる導電材、カーボンブラック、球体状炭素材料からなる導電材等があり、単独または２種類以上組み合わせて使用してもよい。
【００３３】
表面層の樹脂に加えるこれらの導電材の配合量は、表面層の樹脂の体積固有抵抗値が１０６〜１０１４Ωｃｍになるように決めることが好ましい。また、特願昭６２−２３０３３４号公報に示されるように表面層の体積固有抵抗値は表面層に接する下層の体積固有抵抗値より大きいことが好ましい。本発明において「表面層に接する下層」とは、主に導電性弾性層である。具体的には、表面層の体積固有抵抗値が１０６〜１０１４Ωｃｍで、導電性弾性層の体積固有抵抗値が１０１〜１０１１Ωｃｍであることが好ましい。
【００３４】
表面層に用いる導電材の具体的な含有量としては、ポリウレタン樹脂１００質量部に対して３０〜２００質量部が好ましい。表面層の体積固有抵抗値が導電性弾性層の体積固有抵抗値より小さいと高電圧印加の元で帯電部材の抵抗が低下しやすく、リーク性が不良となる。
【００３５】
体積固有抵抗値は、抵抗値測定機（商品名：ハイレスタＵＰ、Ｊ−Ｂｏｘ、三菱化学（株）製）を用い、導電性弾性層及び表面層材料のシートサンプルにて測定する。測定は、直流電圧１００Ｖで３０秒印加の条件で行う。
表面層の膜厚は１〜５００μｍ、特に２〜２００μｍの範囲が好ましい。
【００３６】
表面層の膜厚を上記範囲とするには、表面層を成形する際に、成形法に応じ、表面層形成用の樹脂塗料の固形分、粘度等を適正な範囲に調整することで制御する。膜厚の測定は、以下の方法により行う。
１）帯電部材の９個所（ローラ形状の場合、両端部から１０ｍｍ位置、と中央部の３位置で、周方向３個所（任意の場所を起点に１２０°刻み））から、ナイフで試料を切り出す。
２）光学顕微鏡で各試料の断面を観察し（４００倍程度）、表面層の膜厚を求める。９点の算術平均をもって表面層膜厚とする。
【００３７】
表面層の成形方法としては、上記の表面層を構成する材料を、サンドミル、ペイントシェーカー、ダイノミル、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、得られた表面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層の上に塗工する。
【００３８】
抵抗制御層２ｃは、帯電部材の部分的な抵抗ムラを無くし、抵抗の均一性を向上させる目的で、弾性層と表面層の間に必要に応じて設けても良い。
【００３９】
帯電部材の形状としてはローラ、ブラシ、ブレード、ベルトなどいずれの形状をとってもよく電子写真装置の仕様、形態にあわせて選択可能である。これらの中でもローラ形状が好ましい。
【００４０】
＜２＞本発明の接触式帯電装置
本発明の接触式帯電部材を用いた接触式帯電装置を組込んだ画像形成装置（複写機）の概略構成図を図１に示す。
【００４１】
本発明の接触式帯電部材２は、電源３より直流電圧あるいは直流電圧と交流電圧の重畳電圧等の振動電圧が導電性基体に印加される。
【００４２】
本発明の接触式帯電装置は、帯電部材に本発明の接触式帯電部材を用いることにより、上述のような（１）低電圧から高電圧に渡り帯電部材の抵抗が安定している、即ち、抵抗の電圧依存性が小さい。（２）少量の導電材添加で表面層抵抗を安定して制御できるため、表面層のミクロ的な抵抗ムラが小さいなどの帯電部材自体の効果をもたらすので、帯電部材を用いた帯電装置は、「帯電均一性に優れ、感光体の放電絶縁破壊による画像欠陥等の発生がない」ものを構成することが可能となる。その導電性基体への印加電圧は直流電圧、もしくは交流電圧と直流電圧の重畳電圧などの振動電圧のいずれであってもよく、いずれの場合も本発明の優れた効果を発揮することができる。特に交流電源を廃した直流電圧のみの場合その効果が顕著である。
【００４３】
従来の帯電部材では、直流電圧のみを印加して感光体を帯電処理する場合、表面層のミクロ的な抵抗ムラに起因し、帯電不均一性を生じ易い、交流電圧を重畳する場合に比べてリークし易いという問題があったが、本発明の帯電部材を用いることで、感光体表面の均一帯電性、耐リーク性が著しく向上するため、直流電圧のみでの帯電処理が可能となった。なお、直流電圧としては、８００〜２０００Ｖが好ましい。
【００４４】
本発明の接触式帯電部材２は、導電性基体である芯金２ａに、電源３より直流電圧あるいは直流電圧と交流電圧の重畳電圧等の振動電圧が印加される。
【００４５】
前記接触式帯電部材２は、図示しない押圧手段により所定の当接力をもって被帯電体である感光体１に当接している。当接力は、片側１００〜８００ｇ荷重、両側２００〜１６００ｇ荷重の当接力であることが好ましい。
【００４６】
図１の画像形成装置において、接触式帯電部材２と感光体１はそれぞれ矢印の方向に回転し、電源３により印加される電圧により接触式帯電部材２が当接する感光体の感光層１ｂが帯電され、露光手段４により静電潜像が形成され、現像手段５により該静電潜像が現像されて、感光層１ｂ上にトナー画像が形成され、転写手段６において被印刷物７上に転写され、永久画像が形成される。転写されなかった転写残トナーは、クリーニング手段８で回収される。
【００４７】
【実施例】
以下に、本発明の接触式帯電部材及び接触式帯電装置を実施例を用いて詳細に説明する。
【００４８】
【実施例１】
（１）導電性弾性層の作成
シリコーンゴム１００質量部、酸化亜鉛５質量部、導電性カーボンブラック７質量部及び工業用パラフィン２０質量部を密閉型ミキサーを用いて充分混合、混練した後、オープンロールにてジクミルパーオキサイド２質量部を添加し、導電性弾性層用コンパウンドを調製した。この導電性弾性層用コンパウンドを、直径６ｍｍのステンレス製芯金上に１５０℃で１５分間加熱加硫させ、厚さ３ｍｍの導電性弾性層を有するシリコーンゴムローラを作成した。
【００４９】
同時に、加硫シート（２ｍｍ厚）を作製し、三菱化学製ハイレスタＵＰを用いて体積固有抵抗値を測定（２３℃／６０％、１００Ｖ印加、３０秒）したところ、２×１０7Ωｃｍであった。
【００５０】
（２）表面層の作成ラクトン変性アクリルポリオール（水酸基価９０ＫＯＨｍｇ／ｇ）７１質量部、メチルエチルケトン１２９質量部、導電性酸化スズ５０質量部を小型のビーズミルを用いて分散させた後、ヘキサメチレンジイソシアネート１４．３質量部を添加、溶解し表面層形成用樹脂塗料を調製した。（ＮＣＯ／ＯＨ＝０．７０）
上記表面層形成用樹脂塗料を前記シリコーンゴムローラの上に浸漬塗布し、１５０℃で１時間乾燥することにより厚さ２０μｍの表面層を有する帯電部材を得た。ポリウレタン樹脂中の水酸基価は、２７．３ＫＯＨｍｇ／ｇであった。同時に、４０μｍ厚のフィルムを作製し、三菱化学製ハイレスタＵＰを用いて体積固有抵抗値を測定（１００Ｖ印加、３０秒）したところ、５×１０12Ωｃｍであった。
【００５１】
（３）帯電部材の評価
上記帯電部材をレーザビームプリンタ（レーザジェット４ｓｉヒューレットパッカード製）に用いられるカートリッジの一次帯電器位置に取り付け、直流電圧−１１６０Ｖのバイアスを印加し２３℃／６０％の環境下で初期画像評価、リーク試験および８０００枚の耐久試験を行った。結果を表１に示す。
【００５２】
＜１＞画像均一性
１ドット２スペースの横ハーフトーン画像に現れる横筋を評価した。評価基準は以下の通りである。
〇：横筋なし
△：横筋少数
×：横筋多数
【００５３】
＜２＞耐久性
▲１▼表面層の汚れ
耐久後、１ドット２スペースの横ハーフトーン画像に現れる濃度ムラを評価した。評価基準は以下の通りである。
〇：濃度ムラ良好
△：わずかな濃度ムラ
×：著しい濃度ムラ
▲２▼表面層のクラック
耐久後の帯電ローラ表面を光学顕微鏡で観察し、クラックの程度を下記の基準に基づいて評価した。
〇：軽微なクラックしか観察されない
△：部分的にクラックが観察される
×：著しいクラックが観察される
【００５４】
＜３＞ピンホールリーク試験
ピンホールを開けた感光ドラムを用いて、１ドット２スペースの横ハーフトーン画像に現れるピンホール起因の横抜け（横黒筋）を評価した（直流電圧−１１６０Ｖ）。評価基準は以下の通りである。
○：横抜けなし
△：わずかに横抜け
×：著しい横抜け
【００５５】
【表１】
【実施例２】
（１）導電性弾性層の作成
実施例１と同様に行った。
（２）表面層の作成
導電性酸化スズの量を５５質量部、へキサメチレンジイソシアネートの量を１７．８質量部とした以外は実施例１と同様にして表面層形成用樹脂塗料を調製した。（ＮＣＯ／ＯＨ＝０．８７）
得られた表面層形成用樹脂塗料を用いて実施例１と同様にして、厚さ２１μｍの表面層を有する帯電部材を得た。ポリウレタン樹脂中の水酸基価は、１１．７ＫＯＨｍｇ／ｇであった。
【００５７】
同時に、４０μｍ厚のフィルムを作製し、体積固有抵抗値を測定したところ、６×１０12Ωｃｍであった。
（３）帯電部材の評価
上記帯電部材を、実施例１と同じ条件で初期画像評価、耐久試験、リーク試験を行った。結果を表１に示す。
【００５８】
【実施例３】
（１）導電性弾性層の作成
実施例１と同様に行った。
（２）表面層の作成
導電性酸化スズの量を４５質量部、ヘキサメチレンジイソシアネートの量を８．９質量部とした以外は実施例１と同様にして表面層形成用樹脂塗料を調製した。（ＮＣＯ／ＯＨ＝０．４４）得られた表面層形成用樹脂塗料を用いて実施例１と同様にして、厚さ１９μｍの表面層を有する帯電部材を得た。ポリウレタン樹脂中の水酸基価は、５０．８ＫＯＨｍｇ／ｇであった。同時に、４０μｍ厚のフィルムを作製し、体積固有抵抗値を測定したところ、４×１０12Ωｃｍであった。
【００５９】
（３）帯電部材の評価
上記帯電部材を、実施例１と同じ条件で初期画像評価、耐久試験、リーク試験を行った。結果を表１に示す。
【００６０】
【実施例４】
（１）導電性弾性層の作成
実施例１と同様に行った。
（２）表面層の作成
導電性酸化スズの量を６０質量部、ヘキサメチレンジイソシアネートの量を１９．３質量部とした以外は実施例１と同様にして表面層形成用樹脂塗料を調製した。（ＮＣＯ／ＯＨ＝０．９４）
得られた表面層用塗料を用いて実施例１と同様にして、厚さ２２μｍの表面層を有する帯電部材を得た。ポリウレタン樹脂中の水酸基価は、５．４２ＫＯＨｍｇ／ｇであった。同時に、４０μｍ厚のフィルムを作製し、体積固有抵抗値を測定したところ、５．５×１０12Ωｃｍであった。
（３）帯電部材の評価上記帯電部材を、実施例１と同じ条件で初期画像評価、耐久試験、リーク試験を行った。結果を表１に示す。
【００６１】
【実施例５】
（１）導電性弾性層の作成
実施例１と同様に行った。
（２）表面層の作成
ポリエステルポリオール（水酸基価１５０ＫＯＨｍｇ／ｇ）７１質量部、メチルエチルケトン１２９質量部、導電性酸化スズ４０質量部を小型のビーズミルを用いて分散させた後、へキサメチレンジイソシアネート１１．４質量部を添加、溶解し表面層形成用樹脂塗料を調製した。（ＮＣＯ／ＯＨ＝０．３３）
得られた表面層形成用樹脂塗料を用いて実施例１と同様にして、厚さ２０μｍの表面層を有する帯電部材を得た。ポリウレタン樹脂中の水酸基価は、９９．９ＫＯＨｍｇ／ｇであった。同時に、４０μｍ厚のフィルムを作製し、体積固有抵抗値を測定したところ、４．５×１０12Ωｃｍであった。
【００６２】
（３）帯電部材の評価
上記帯電部材を、実施例１と同じ条件で初期画像評価、耐久試験、リーク試験を行った。結果を表１に示す。
【００６３】
【比較例１】
（１）導電性弾性層の作成
実施例１と同様に行った。
（２）表面層の作成
導電性酸化スズの量を７０質量部、へキサメチレンジイソシアネートの量を２０質量部とした以外は実施例１と同様にして表面層形成用樹脂塗料を調製した。（ＮＣＯ／ＯＨ＝０．９７）
得られた表面層形成用樹脂塗料を用いて実施例１と同様にして、厚さ１８μｍの表面層を有する帯電部材を得た。ポリウレタン樹脂中の水酸基価は、２．３０ＫＯＨｍｇ／ｇであった。同時に、４０μｍ厚のフィルムを作製し、体積固有抵抗値を測定したところ、６．０×１０12Ωｃｍであった。
【００６４】
（３）帯電部材の評価
上記帯電部材を、実施例１と同じ条件で初期画像評価、耐久試験、リーク試験を行った。結果を表１に示す。
【００６５】
【比較例２】
（１）導電性弾性層の作成
実施例１と同様に行った。
（２）表面層の作成
導電性酸化スズの量を５０質量部とした以外は比較例１と同様にして表面層形成用樹脂塗料を調製した。（ＮＣＯ／ＯＨ＝０．９７）得られた表面層形成用樹脂塗料を用いて実施例１と同様にして、厚さ１８μｍの表面層を有する帯電部材を得た。ポリウレタン樹脂中の水酸基価は、２．３０ＫＯＨｍｇ／ｇであった。同時に、４０μｍ厚のフイルムを作製し、体積固有抵抗値を測定したところ、２．０×１０14Ωｃｍであった。
【００６６】
（３）帯電部材の評価
上記帯電部材を、実施例１と同じ条件で初期画像評価、耐久試験、リーク試験を行った。結果を表１に示す。
【００６７】
【比較例３】
（１）導電性弾性層の作成
実施例１と同様に行った。
（２）表面層の作成
ポリエステルポリオール（水酸基価２２５ＫＯＨｍｇ／ｇ）７１質量部、メチルエチルケトン１２９質量部、導電性酸化スズ３０質量部を小型のビーズミルを用いて分散させた後、ヘキサメチレンジイソシアネート２１．４質量部を添加、溶解し表面層形成用樹脂塗料を調製した。（ＮＣＯ／ＯＨ＝０．４２）得られた表面層形成用樹脂塗料を用いて実施例１と同様にして、厚さ２２μｍの表面層を有する帯電部材を得た。ポリウレタン樹脂中の水酸基価は、１３１ＫＯＨｍｇ／ｇであった。同時に、４０μｍ厚のフィルムを作製し、体積固有抵抗値を測定したところ、０．９×１０12Ωｃｍであった。
【００６８】
（３）帯電部材の評価
上記帯電部材を、実施例１と同じ条件で初期画像評価、耐久試験、リーク試験を行った。結果を表１に示す。
【００６９】
【発明の効果】
本発明により、帯電均一性に優れ、かつ感光体の放電絶縁破壊による画像欠陥等の発生のない接触式帯電部材、及びそれを用いた接触式帯電装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の接触式帯電装置を用いた画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】 本発明の接触式帯電部材の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 感光体（被帯電体）
１ａ 導電性基体
１ｂ 感光層
２ 接触式帯電部材
２ａ 導電性基体
２ｂ 導電性弾性層
２ｃ 抵抗制御層
２ｄ 表面層
３ 電源
４ 露光手段
５ 現像手段
６ 転写手段
７ 被印刷物
８ クリーニング手段
Claims (6)
- 導電性基体と、該導電性基体上に設けられた導電性弾性層と、ポリウレタン樹脂及び該ポリウレタン樹脂１００質量部に対して３０〜（２００００／３０１）質量部の導電材を含有する体積固有抵抗値が４×１０ １２ 〜６×１０ １２ Ωｃｍである表面層と、を有する接触式帯電部材であって、
該ポリウレタン樹脂は、水酸基（ＯＨ）とイソシアネート基（ＮＣＯ）のモル比が０．３≦ＮＣＯ／ＯＨ＜１．０であるポリウレタン原料から得られたポリウレタン樹脂であり、該ポリウレタン樹脂の水酸基価は、５ＫＯＨｍｇ／ｇ以上１００ＫＯＨｍｇ／ｇ以下である接触式帯電部材。 - 前記導電材が金属酸化物、カーボンブラック又は球体状炭素材料である請求項１に記載の接触式帯電部材。
- 前記導電材が酸化スズである請求項１に記載の接触式帯電部材。
- 前記表面層の体積固有抵抗値が前記導電性弾性層の体積固有抵抗値よりも大きい請求項１〜３のいずれかに記載の接触式帯電部材。
- 帯電部材を有し、被帯電体に当接させた該帯電部材に電圧を印加することにより該被帯電体を帯電させる接触帯電装置において、
該帯電部材が請求項１〜４のいずれかに記載の接触式帯電部材であることを特徴とする接触式帯電装置。 - 前記電圧が直流電圧のみである請求項５に記載の接触式帯電装置。
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