JP4357773B2

JP4357773B2 - 帯電部材

Info

Publication number: JP4357773B2
Application number: JP2001271838A
Authority: JP
Inventors: 亜希子田中; 豊成田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-09-07
Filing date: 2001-09-07
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2021-09-07
Also published as: JP2003076116A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式を採用する画像形成装置に用いる帯電部材に関するものであり、詳しくは、感光体に近接し、感光体を均一に帯電する機能を有するローラ方式の帯電部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式を採用する画像形成装置において、感光体に対して帯電処理を行う帯電部材としては、帯電ローラが一般的に用いられている。
図２は電子写真方式の画像形成装置の概略図である。
１０１は静電潜像が形成される感光体、１０２は感光体１０１に近接配置されて帯電処理を行う帯電ローラ、１０３はレーザー光あるいは原稿の反射光等の露光、１０４は感光体１０１の静電潜像にトナーを付着させる現像ローラ、１０５は帯電ローラ１０２に電圧を印加するためのパワーパック、１０６は感光体１０１上のトナー像を記録紙１０７に転写処理する転写ローラ、１０７は給紙部から搬送されてきた記録紙、１０８は転写処理後の感光体１０１をクリーニングするためのクリーニング装置、１０９は感光体１０１の表面電位を測定する表面電位計、１１０は記録紙１０７にトナー像を定着するための定着装置である。なお、図２では、他の電子写真プロセスにおいて通常必要な機能ユニットは、本発明では必要としないので省略してある。
【０００３】
画像形成装置１１１では次のような手段で画像の形成を行う。
１．帯電ローラ１０２が、感光体１０１の表面を所望の電位に帯電する。
２．不図示の露光装置が、感光体１０１に露光（画像光）１０３を投射して、所望の画像に対応する静電潜像を感光体１０１表面上に形成する。
３．現像ローラ１０４が、静電潜像をトナーによって現像し、感光体１０１上にトナー像(顕像)を形成する。
４．転写ローラ１０６が、感光体１０１上のトナー像を、記録紙１０７に転写する。
５．クリーニング装置１０８が、転写されず感光体１０１上に残留したトナーを清掃する。
６．トナー像を転写された記録紙１０７は、転写ローラ１０６によって定着装置１１０へと搬送される。定着装置１１０は、トナーを加熱及び加圧して記録紙１０７上に定着する。
上記の１から６の手順を繰り返すことによって、記録紙上に所望の画像が形成されていく。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
先述したとおり、感光体を所定電位に帯電させる帯電部材としては、導電性支持体の周囲に抵抗調整層を有した半導電性ローラ（以下帯電ローラ）が一般的に使用される。抵抗調整層には一般に加硫ゴムが用いられることが多いが、近年環境保護の観点からリサイクル性を有する熱可塑性樹脂の適用が検討されている。
帯電ローラによる感光体表面への帯電メカニズムは、帯電ローラと感光体との間の微小放電におけるパッシェンの法則に従った放電であることが知られている。感光体を所定の帯電電位に保持する機能を得るためには、熱可塑性樹脂の抵抗値を半導電性領域（１０^６〜１０^９Ωｃｍ程度）に制御することが必要となるが、抵抗値を制御する方法としては、熱可塑性樹脂中に４級アンモニウム塩基やカーボンブラック等の導電性顔料を分散させる方法が一般的である。しかし、導電性顔料を用いて抵抗調整層を半導電性領域に設定しようとすると、抵抗値のバラツキが大きく、部分的帯電不良等の画像欠陥が発生するなどの問題がある。
【０００５】
一方、抵抗を制御するための別の手段として、特開平１０−１６１３９７等ではイオン導電性材料、すなわちＬｉ塩等の電解質塩を用いる技術を提案している。電解質塩はマトリックス樹脂中に分子レベルで分散するため、導電性顔料が分散する上記のものに比べて抵抗値のバラツキが小さく、部分的な帯電不良は画像品質的に問題とならない。ところが、このような電解質塩はマトリックス樹脂の表面にブリードアウトしやすい性質があるため、保護層と抵抗調整層の密着不良を引き起したり、保護層を透過して帯電ローラ表面へブリードアウトした場合にはトナーの固着を発生させ、画像不良等の不具合を引き起こしたりするという問題がある。
【０００６】
そこでブリードアウトを避けるために、ポリアルキレンオキシド等のポリエーテル基を有するノニオン性高分子型導電剤を使用することが考えられる。これらの導電剤は高分子量であるため、マトリックス樹脂中に分散固定化され、表面へのブリードアウトが起こり難い。
しかしながら、ノニオン性高分子型導電剤は単体でも１０^８〜１０^１１Ωｃｍ程度の抵抗値であることから、電解質塩と比較して抵抗を下げる効果が小さいので、帯電ローラに求められる中抵抗領域（１０^６〜１０^９Ωｃｍ）に制御することが困難である。
【０００７】
また、帯電ローラ表面へのトナー固着防止と、感光体層の厚みムラやピンホール等の欠陥部分への電圧集中及び異常放電（リーク）解決のための手段として、抵抗調整層の表面に抵抗調整層よりも高い値に抵抗調整した保護層を設けることが考えられる。この保護層は、トナー固着防止のため高離型性である必要があり、また帯電ローラとしての機能を損なわないよう、薄肉かつ均一で、表面性が良好であることが要求される。そのため保護層の形成は一般的に樹脂を溶剤に溶解・希釈し、金属酸化物などの導電性微粒子を分散して抵抗調整したものを、スプレー塗装やディッピング処理することにより行われる。具体的な樹脂材料としては、フッ素樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂などがあげられる。しかしこれらの樹脂はトナー固着防止のために離型性を高めると、保護層の抵抗調整層への密着が低下して剥離が発生してしまうため、保護層表面の高離型性と抵抗調整層への密着性を両立することは困難である。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすることは、画像形成装置に用いる感光体の帯電部材の抵抗値バラツキ、トナー固着及びそれらに伴う帯電不良を防止するとともに、感光体欠陥や、抵抗不均一による異常放電を防止し、且つ、長期使用時の耐久性に優れた帯電部材を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の本発明は、高分子型イオン導電材料を分散した熱可塑性樹脂組成物からなる抵抗調整層を導電性支持体上に形成し、
該抵抗調整層の表面が、アクリル骨格中にポリシロキサン成分を含有するセラミックハイブリッド材料からなる保護層に被覆されている
ことを特徴とする帯電部材とする。
請求項２に記載の本発明は、前記ポリシロキサンが、シリコンに少なくとも１つのアルキル基を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の帯電部材とする。
請求項３に記載の本発明は、前記保護層が、抵抗調整層と保護層の界面ではアクリル成分が豊富であり、層表面ではポリシロキサン成分が豊富である傾斜構造からなる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の帯電部材とする。
【００１０】
請求項４に記載の本発明は、前記高分子型イオン導電材料が、ポリエーテルエステルアミド含有化合物又は／及び四級アンモニウム塩基含有化合物からなる
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の帯電部材とする。
請求項５に記載の本発明は、抵抗調整層が、導電性支持体上に射出成形又は押出成形により形成されている
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の帯電部材。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面にもとづき、本発明を説明する。
図１は本発明における帯電ローラの断面図である。本発明に係わる帯電ローラは、導電性支持体２０１の周囲に抵抗調整層２０２が形成されている。
抵抗調整層２０２は、高分子型イオン導電材料を分散させた熱可塑性樹脂組成物により形成されている。抵抗調整層２０２に使用される材料の体積固有抵抗は１０^６〜１０^９Ωｃｍであることが望ましい。１０^９Ωｃｍを越えると帯電量の不足により、均一画像を得る為の十分な帯電電位を得ることができなくなる。また、１０^６Ωｃｍよりも体積固有抵抗が低いと、感光体全体への電圧集中(リーク)、異常放電が生じてしまう。
【００１２】
抵抗調整層２０２に用いられる熱可塑性樹脂は、非弾性体であれば特に限定するものではないが、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン(ＰＰ)、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）及びその共重合体（ＡＳ、ＡＢＳ等）等の汎用樹脂を用いたほうが、成形加工が容易であり好ましい。
熱可塑性樹脂に分散させる高分子型イオン導電剤としては、単体の抵抗値が１０^６〜１０^１０Ωｃｍ程度であり、樹脂抵抗を下げやすいことより、４級アンモニウム塩基含有化合物（好ましくは４級アンモニウム塩基含有ポリオレフィン）、ポリエーテルエステルアミド含有化合物が用いられる。配合量については、抵抗値を所望の値にする必要があることから、基材１００重量部に対して３０〜９０重量部の範囲で配合することが好ましい。樹脂への分散は、二軸混練機、ニーダー等の手段を用いることにより容易に行うことができる。イオン導電性の材料はマトリクスポリマー中に分子レベルで均一に分散される。したがって、導電性顔料を分散した抵抗調整層に見られるような導電性顔料の分散不良に伴う抵抗値のバラツキが生じない。またイオン導電性の材料が高分子化合物であるため、マトリックスポリマー中に均一に分散固定化されることにより、ブリードアウトが生じ難い。
【００１３】
抵抗調整層２０２の導電性支持体２０１上への形成は、押出成形や射出成形等の手段で導電性支持体２０１に上記半導電性樹脂組成物を被覆することによって、簡便に行うことができる。また、任意の段階で、表面を切削、研削加工をして、必要とされる表面精度を得ることができる。
【００１４】
また、本発明に係わる帯電ローラ１０２は、保護層２０３として、抵抗調整層２０２の表面がアクリル骨格中にポリシロキサン成分を含有するセラミックハイブリッド材料から成る保護層２０３に被覆されていることを特徴としている。
保護層２０３の形成は、前述のハイブリッド材料および硬化剤と導電性微粒子を有機溶剤に分散して塗料を作成し、スプレー塗装やディッピングによって抵抗調整層２０２にコーティングした後、過熱処理により硬化させることで行う。形成された保護層２０３は、アクリル骨格とポリシロキサン成分それぞれの相溶性の違いにより、抵抗調整層２０２と保護層２０３との界面はアクリル成分が豊富となり、その効果により基体（抵抗調整層２０２）と良好に密着する。一方、ポリシロキサン成分は保護層２０３表面に豊富となり、更にポリシロキサン成分中のアルキル基が保護層２０３表面に整然と並ぶことにより、保護層２０３の表面が強い撥水・撥油性を持つことになる。このようにして、抵抗調整層２０２への密着性と保護層２０３表面の高離型性を同時に満たすことができる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例を説明する。
＜実施例１＞
ステンレスからなる芯軸（φ８ｍｍ）に、ＡＢＳ樹脂（GR-0500、電気化学工業製）１００重量部に、ポリエーテルエステルアミド成分を含有するイオン導電性の高分子化合物（IRGASTAT P18、チバスペシャルティケミカルズ製）６０重量部を配合した組成物（体積抵抗１×１０^６Ωｃｍ）を、射出成形により被覆し、抵抗調整層を形成させた。
次いでこの表面にアクリル骨格中にポリシロキサン成分を含有したセラミックスハイブリッド樹脂塗料（ムキコート3000V、川上塗料製）、イソシアネート系硬化剤、及び酸化スズ（全固形分に対して６４ｗｔ％）からなる混合物により保護層を形成し、帯電ローラ（φ１２ｍｍ）を得た。この保護層の抵抗値は３×１０^１０Ωｃｍ、膜厚は約１０μｍである。
【００１６】
＜比較例１＞
ステンレスからなる芯軸（φ８ｍｍ）に、ＡＢＳ樹脂（GR-0500、電気化学工業製）１００重量部に、ポリエーテルエステルアミド成分を含有するイオン導電性の高分子化合物（IRGASTAT P18、チバスペシャルティケミカルズ製）６０重量部を配合した組成物（体積抵抗１×１０^６Ωｃｍ）を、射出成形により被覆し、抵抗調整層を形成させた。
次いでこの表面にフッ素樹脂（テフロンLF-600、旭硝子製）、及び酸化スズ（全固形分に対して６４ｗｔ％）からなる混合物により保護層を形成し、帯電ローラ（φ１２ｍｍ）を得た。この保護層の抵抗値は３×１０^１０Ωｃｍ、膜厚は約１０μｍである。
【００１７】
＜比較例２＞
ステンレスからなる芯軸（φ８ｍｍ）に、ＡＢＳ樹脂（GR-0500、電気化学工業製）１００重量部に、４級アンモニウム成分を含有するイオン導電性の高分子化合物（レオレックスAS-1720、第一工業製薬製）４０重量部を配合した組成物（体積抵抗１×１０^６Ωｃｍ）を、射出成形により被覆し、抵抗調整層を形成させた。
次いでこの表面にアクリル樹脂塗料(ヒタロイド3001、日立化成（株）)、メラミン系硬化剤、及び酸化スズ（全固形分に対して６４ｗｔ％）からなる混合物により保護層を形成し、帯電ローラ（φ１２ｍｍ）を得た。この保護層の抵抗値は３×１０^１０Ωｃｍ、膜厚は約１０μｍである。
【００１８】
以上の帯電ローラについて、図１に示した画像形成装置を使用して、感光体の帯電電位および画像評価を行った。帯電ローラに印加する電圧はＤＣ＝−８００Ｖ、ＡＣ＝２４００Ｖｐｐ(周波数＝２ｋＨｚ)とし、感光体欠陥部への電圧集中及び異常放電（リーク）によって生じる異常画像の有無を評価した。
次いで連続複写を行い、１００，０００枚通紙後の帯電ローラ表面へのトナー固着と保護層の密着状態を評価した。
表１に評価結果を示す。
【表１】

【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の本発明によれば、抵抗調整層に使用する導電剤として高分子型イオン導電材料を用い、かつ保護層材料としてアクリル骨格中にポリシロキサン成分を含有するセラミックハイブリッド材料を用いることにより、抵抗値バラツキ、ブリードアウト、トナー固着及びそれらに伴う帯電不良や異常放電等の問題が無く、長期使用時の耐久性に優れた帯電部材を提供することができる。
また、請求項２に記載の本発明によれば、ポリシロキサン中のシリコンが少なくとも１つのアルキル基を有することにより、ポリシロキサン成分中のアルキル基が保護層表面に並び、保護層の表面が強い撥水・撥油性を持ち、高離型性の帯電部材を提供することができる。
さらに、請求項３に記載の本発明によれば、保護層が、抵抗調整層との界面ではアクリル成分が豊富であり、層表面にはポリシロキサン成分が豊富な傾斜構造となることにより、保護層の抵抗調整層への密着性と保護層表面の離型性を同時に満足した帯電部材を提供することができる。
さらに、請求項４に記載の本発明によれば、高分子型イオン導電剤として、ポリエーテルエステルアミド含有化合物又は／及び四級アンモニウム塩基含有化合物を用いることで、抵抗調整層に要求される抵抗値を容易に得る帯電部材を提供することができる。
さらに、請求項５に記載の本発明によれば、抵抗調整層の導電性支持体上への形成を射出成形又は押出成形により行うことで、導電性支持体と熱可塑性樹脂組成物の密着性が良好な帯電部材を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の帯電ローラを示す断面図である。
【図２】画像形成装置の構成構成図である。
【符号の説明】
１０１感光体
１０２帯電ローラ
１０３露光
１０４現像ローラ
１０５パワーパック
１０６転写ローラ
１０７記録紙
１０８クリーニング装置
１０９表面電位計
１１０定着装置
１１１画像形成装置
２０１導電性支持体（芯金）
２０２抵抗調整層
２０３保護層

Claims

高分子型イオン導電材料を分散した熱可塑性樹脂組成物からなる抵抗調整層を導電性支持体上に形成し、
該抵抗調整層の表面が、アクリル骨格中にポリシロキサン成分を含有するセラミックハイブリッド材料からなる保護層に被覆されている
ことを特徴とする帯電部材。
前記ポリシロキサンが、シリコンに少なくとも１つのアルキル基を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の帯電部材。
前記保護層が、抵抗調整層と保護層の界面ではアクリル成分が豊富であり、層表面ではポリシロキサン成分が豊富である傾斜構造からなる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の帯電部材。
前記高分子型イオン導電材料が、ポリエーテルエステルアミド含有化合物又は／及び四級アンモニウム塩基含有化合物からなる
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の帯電部材。
抵抗調整層が、導電性支持体上に射出成形又は押出成形により形成されている
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の帯電部材。