JP5242026B2

JP5242026B2 - 接触式帯電／除電用導電シート

Info

Publication number: JP5242026B2
Application number: JP2006178469A
Authority: JP
Inventors: 高宏西川; 芳樹明星
Original assignee: Kurashiki Spinning Co Ltd
Current assignee: Kurashiki Spinning Co Ltd
Priority date: 2006-06-28
Filing date: 2006-06-28
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2026-06-28
Also published as: JP2008009076A

Description

本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリなどの電子写真装置において感光体と接触・摺動するとともに感光体表面を帯電または除電させるための導電シート、すなわち感光体の接触式帯電／除電用導電シートに関する。

プリンター、複写機、ファクシミリなどにおける電子写真装置において感光体は表面を一様に帯電された後、露光によって静電潜像を形成され、トナーによって現像されてトナー像を保持する。感光体は保持したトナー像を紙などの画像媒体に転写させた後、表面を除電され、新たな帯電に供される。

感光体を帯電させるためには、帯電ローラや帯電ブレードなどによる方法が一般に知られているが、部品点数の低減・感光体周辺のコンパクト化などの観点から、コストメリットの大きなシート状のものが提案されている。

例えば、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、カーボンブラック等の導電性付与剤、および架橋剤を特定の割合で含んで成るシートを架橋処理した、特定の体積抵抗率の半導電性シート部材が報告されている（特許文献１）。

また例えば、ナイロン１２（共）重合体と導電性カーボンブラックとを特定の割合で含有する樹脂組成物から形成された導電性シートであって、特定の厚み、体積抵抗率および算術平均粗さを有する導電性シートが報告されている（特許文献２）。

しかしながら、そのような導電シートは片面で感光体表面と接触しながら固定された状態で、感光体が摺動するため、感光体表面に残留したトナーがシート表面に固着する問題が生じていた。導電シートにおける感光体との接触部においてトナー固着が起こると、感光体に対して所定の帯電を有効に行えないので、帯電用部材としての使用に耐えない。その結果、印字画像に筋状のノイズが発生した。
特開２００４−２５８３９５号公報特開２００４−２６９６３２号公報

本発明は、自己の表面へのトナー固着を防止する接触式帯電／除電用導電シートを提供することを目的とする。

本発明は、ポリテトラフルオロエチレンを含むことを特徴とする接触式帯電／除電用導電シートに関する。

本発明の導電シートは、感光体の接触式帯電／除電に際して、自己の表面へのトナー固着を有効に防止する。その結果、感光体を長期にわたって有効に帯電または除電させることができるので、結果として印字画像上の筋状のノイズを有効に抑制できる。

本発明の導電シート１は、例えば図１に示すように、電気系統３によって電圧を印加されながら、感光体２と接触させて感光体２を帯電または除電させるものであり、特定のベース樹脂を含んでなっている。

導電シートを構成するベース樹脂はポリテトラフルオロエチレン（以下、「ＰＴＦＥ」という）であり、所望によりテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ））等の他のフッ素樹脂、また、摺動性を損わない程度で分解温度が３５０℃以上の樹脂を添加してもよい。

そのようなＰＴＦＥは市販のものが使用可能であり、例えば、ポリフロンＰＴＦＥ（ダイキン社製）、テフロン（Ｒ）（三井デュポンフロロケミカル社製）、フルオンＰＴＦＥ（旭硝子製）、ホスタフロンＰＴＦＥ（住友３Ｍ製）として入手可能である。

ＰＴＦＥのベース樹脂に対する含有割合は本発明の目的が達成される限り特に制限されないが、通常は８０重量％以上、特に９０重量％以上であり、好ましくは１００重量％である。ＰＴＦＥの含有割合が少なすぎると、たとえ上記他のフッ素樹脂が含まれていたとしても、導電シートのトナー固着を十分に防止できない。従って、ベース樹脂としてＰＴＦＥを使用することなく、上記他のフッ素樹脂、ナイロン、ポリイミド等を使用した場合も、導電シートにトナー固着が生じ、導電シートが有する感光体の帯電／除電能を十分に発揮できない。

導電シートは通常、ベース樹脂とともに充填材をさらに含む。
充填材は感光体の接触式帯電／除電用導電シートの分野で従来より充填材として使用されているものが使用できる。そのような充填材として、例えば、導電性充填材および研磨性充填材等が挙げられ、それらの中から選択された１種類以上の充填材が含有されてよい。

導電性充填材は樹脂シートに導電性を付与し得る物質であり、例えば、ＰＴＦＥに対して所望量添加し、それらの混合物を成形して得られるシートが、後述の表面抵抗率を達成するようになるものである。そのような導電性充填材の具体例として、例えば、カーボンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、球状カーボン、およびそれらの混合物等が挙げられる。好ましい導電性充填材はカーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーまたはそれらの混合物、特にカーボンブラックである。また、導電コーティングされたチタン酸カリウムウィスカや酸化チタンなど、それ自体、導電性を付与し得ない物質であっても、表面処理を行うことによって導電性を付与し得るようになった物質も導電性充填材として使用可能である。

研磨性充填材は、当該充填材が導電シートに含有されることによって、当該導電シートに接触して摺動する感光体表面を研磨し得る物質であり、例えば、鱗片状無機物質、粒子状無機物質、粒子状有機ポリマー等が挙げられる。

鱗片状無機物質は、鱗片状または扁平形状または薄片状の形状を有する無機物質である。鱗片状無機物質の大きさは特に制限されないが、長軸方向の径が通常１〜１００μｍ、厚さが通常０．０１〜１０μｍ程度のものであって、このような大きさの鱗片状無機物質は、市販品として入手可能である。具体的には、例えば、二硫化モリブデン、マイカ、タルク、窒化ホウ素、チタン酸マグネシウムカリウム、チタン酸リチウムカリウムおよびそれらの混合物等が使用できる。好ましい鱗片状無機物質は二硫化モリブデン、マイカ、チタン酸マグネシウムカリウムまたはそれらの混合物、特に二硫化モリブテン、チタン酸マグネシウムカリウムまたはそれらの混合物である。鱗片状無機物質はシート表面の平滑性を保ちつつ、感光体表面を有効に研磨する効果が比較的高いので好ましい。

粒子状無機物質は、具体的には、例えば、酸化亜鉛、酸化チタン、硫酸バリウムおよびそれらの混合物等が使用できる。好ましい粒子状無機物質は酸化亜鉛、硫酸バリウムまたはそれらの混合物、特に酸化亜鉛である。

粒子状有機ポリマーは、導電シートの製造時の加熱によっても分解が起こらない分解温度３５０℃以上、特に３８０℃以上のものである。具体的には、例えば、熱硬化性ポリイミド、熱可塑性ポリイミド、液晶ポリマー、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）およびそれらの混合物等が使用できる。好ましい粒子状有機ポリマーは熱硬化性ポリイミドである。

本明細書中、分解温度とは、熱重量測定（昇温速度１０℃／ｍｉｎ）において、重量損失が５％となる温度である。

充填材の含有量は、導電シートの構成材料全量に対して通常、３０重量％以下、特に０．５〜２５重量％である。２種類以上の充填材が含有される場合、それらの合計量が上記範囲内であればよい。

より好ましい実施形態１において、導電シートはＰＴＦＥおよび導電性充填材を含む。これによって、導電シートの表面抵抗率を後述の範囲内に容易に制御でき、導電シートが有する感光体の帯電／除電能を有効に発揮する。このとき好ましい導電性充填材はカーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーまたはそれらの混合物、特にカーボンブラックである。本実施形態１において導電性充填材の含有量は上記充填材含有量範囲内であればよいが、特に、導電シートの構成材料全量に対して０．５〜２０重量％であることが好ましく、より好ましくは０．５〜１５重量％である。２種類以上の導電性充填材が含有されてもよく、その場合、それらの合計量が当該範囲内であればよい。

さらに好ましい実施形態２において、導電シートはＰＴＦＥ、導電性充填材および研磨性充填材を含む。これによって、導電シートが有する感光体の帯電／除電能をより有効に発揮しつつ、トナー固着をより有効に防止する。このとき、導電シートに含まれる「ベース樹脂−導電性充填材−研磨性充填材」の組み合わせの具体例として、以下に示す組み合わせ（Ａ）が好ましく、組み合わせ（Ｂ）がより好ましい。
（Ａ）ＰＴＦＥ−カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーまたはそれらの混合物−鱗片状無機物質、酸化亜鉛、粒子状有機ポリマーまたはそれらの混合物；
（Ｂ）ＰＴＦＥ−カーボンブラック−二硫化モリブテン、酸化亜鉛、熱硬化性ポリイミドまたはそれらの混合物。

本実施形態２における含有量は以下の通りである。導電性充填材の含有量はより好ましい実施形態１においてと同様である。研磨性充填材の含有量は導電シートの構成材料全量に対して１〜３０重量％、特に２〜２５重量％が好ましい。２種類以上の研磨性充填材が含有されてもよく、その場合、それらの合計量が当該範囲内であればよい。

導電シートは、例えば、いわゆる加圧成形焼成法によって製造できる。まず、ベース樹脂および所望により充填材を十分混合した後、混合物を所定の金型に充填し、圧縮成型し、次いで３５０℃以上の温度で加熱焼成し成型体を得る。その後、金属刃物によって所定の厚みにスカイビングし、導電シートを得る。

導電シートの厚さは本発明の目的が達成される限り特に制限されるものではないが、通常は０．０３〜３．０ｍｍ、特に０．０７〜０．５ｍｍである。なお、０．０３〜０．３ｍｍ程度の厚み範囲は、フィルムと定義することもあるが、本発明においては、前記範囲も含めて「シート」と定義する。

導電シートの表面粗さＲａは０．０５〜０．８μｍ、特に０．１〜０．４μｍであることが好ましい。Ｒａが小さすぎると、感光体との摩擦抵抗が大きくなるので、シートの摩耗量が増加する可能性がある。Ｒａが大きすぎると、シート表面の凹凸の部分にトナー粒子が侵入しやすく、シート表面にトナーが固着する量が多くなり、感光体への帯電不良が生じる。Ｒａは充填材、特に研磨性充填材の含有量によって制御できる。例えば、充填材の含有量が多いと、Ｒａは大きくなる。また例えば、充填材の含有量が少ないと、Ｒａは小さくなる。

表面粗さＲａ（算術平均粗さ）は、以下の方法によって測定された値を用いているが、当該方法によって測定されなければならないというわけではなく、原理・原則が以下の方法と同様の方法であれば、いかなる方法によって測定されてもよい。
ＪＩＳ−Ｂ０６０１（１９８２年）に基づいて測定を行う。具体的には、シート表面を触診式の表面粗さ測定器（サーフテスト；ミツトヨ社製）を用いて測定される。そのときの測定条件は、カットオフ値２．５ｍｍ、測定長さ７．５ｍｍ、２５℃／５０％である。

導電シートの表面抵抗率は１．０×１０^２〜１．０×１０^９Ω／□、特に１．０×１０^４〜１．０×１０^８Ω／□であることが好ましい。導電シートによって感光体を帯電させた後は通常、レーザーにより露光して原稿と同じ形の電荷パターンを作成し、その上にトナーを付着させるが、表面抵抗率が所定の範囲外である場合、トナーが感光体上の電荷パターン上に付着しない、もしくは感光体全面にトナーが付着する、といった不良現象が発生する。表面抵抗率は充填材、特に導電性充填材の含有量によって制御できる。例えば、充填材の含有量が多いと、表面抵抗率は小さくなる。また例えば、充填材の含有量が少ないと、表面抵抗率は大きくなる。

表面抵抗率は、以下の方法によって測定された値を用いているが、当該方法によって測定されなければならないというわけではなく、原理・原則が以下の方法と同様の方法であれば、いかなる方法によって測定されてもよい。また、測定機器により、好ましい測定抵抗領域が異なるので、測定機器の測定可能な抵抗領域に応じて、測定機器を選択すればよい。
１．０×１０^７Ω／□未満の抵抗領域は、抵抗率測定器（ロレスタＧＰ；ダイヤインスツルメンツ社製）を用いて測定される。測定方法は、ＪＩＳ−Ｋ７１９４（１９９４年）に基づいて測定され、測定環境は２３±２℃／相対湿度５０±５％である。
１．０×１０^７Ω／□以上の抵抗領域は、抵抗率測定器（ハイレスタＩＰ；ダイヤインスツルメンツ社製）を用いて測定される。測定方法は、ＪＩＳ−Ｋ６９１１（１９９５年）に基づいて測定され、そのときの印加電圧は１００Ｖ、測定環境は２３±２℃／相対湿度５０±５％である。

導電シートが図１に示すように感光体２と接触させて感光体を帯電または除電させるときの圧力は、導電シートと感光体表面との接触を確保できる限り特に制限されない。

以下、本発明を、実施例を挙げてさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に制限されて解釈されるべきではない。

（実施例１〜７）
表１に記載の材料からなる混合物を所定の金型に充填し、４００ｋｇｆ／ｃｍ^２で圧縮成型し、３７０℃で８時間加熱焼成して成型体を得た。次いで、成型体を金属刃物でスカイビングすることによって厚み１００μｍのシートを成形し、導電シートを得た。

（比較例１）
表１に記載の材料からなる混合物を二軸スクリュー押出機（ダイ温度２２０℃）で直径約３ｍｍ程度にペレット化した。このようにペレット化した原料を単軸スクリュー押出機で、リップクリアランス０．４ｍｍのＴ型ダイ（ダイ温度２３０℃）に供給し、ダイから押出された溶融樹脂を９０℃の冷却ローラによって厚み１００μｍのシートに成形し、導電シートを得た。

（比較例２）
表１に記載の材料からなる混合物を単軸スクリュー押出機（ダイ温度２７０℃）に供給して、リップクリアランス０．４ｍｍのＴ型ダイスから溶融押出し、溶融状態のシートを直ちに両端２０ｍｍの部分のみをロール状の引取機で支持しつつ引き取り、その間に空冷し、さらに、１３０℃の冷却ロールで冷却し、厚み１００μｍのシートを成形し、導電シートを得た。

（評価）
各実施例／比較例で得られた導電シートを図１に示すようにプリンターに組み込んで耐久試験を行った。プリンターは帯電部材として所定の導電シートを用いたこと以外、市販のモノクロレーザープリンタＬＰ−１４００（エプソン社製）と同様である。耐久試験は、白黒比（黒／白）０．５％の文字画像を、Ａ４版縦方向通紙で２０００枚印字した。

・トナー固着
耐久試験後の導電シートを取り出し、導電シートにおける感光体との接触部を目視観察するとともに、印字画像を目視観察し、以下の基準に従って評価した。
◎◎：導電シートに固着は全く発生していなかった；
◎：導電シートに固着がわずかに発生していたが、画像に筋状の印刷不良は全く発生しておらず、実用上問題なかった；
○：導電シートに固着が「◎」よりは多い量で発生していたが、画像に筋状の印刷不良は全く発生しておらず、実用上問題なかった；
△：導電シートに固着が「○」よりは多い量で発生し、画像に筋状の印刷不良がかすかに発生しており、実用上問題があった；
×：導電シートに固着が多量に発生し、画像に筋状の印刷不良が明らかに発生しており、実用上問題があった。

表中の材料は以下の通りである。
ＰＴＦＥ；商品名ポリフロンＰＴＦＥＭ−１８（ダイキン工業社製）
ＰＶＤＦ；商品名ＫＦポリマーＴ♯１０００（クレハ社製）
ナイロン；商品名ＵＢＥＳＴＡ（宇部興産社製）
カーボンブラック；商品名デンカブラック（電気化学工業社製）
二硫化モリブデン；ＮｅＯＺパウダー（大東潤滑社製）
酸化亜鉛微粒子；第一種（堺化学社製）
チタン酸マグネシウムカリウム；テラセスＰＳ（大塚化学社製）
非膨潤性マイカ；ＭＫ−１００（コープケミカル社製）
硫酸バリウム；ＢＡ（堺化学社製）
熱硬化性ポリイミド；ＵＩＰ−Ｒ（宇部興産社製；分解温度５００℃以上）

本発明の導電シートは、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの電子写真装置において感光体と接触しながら、感光体表面を帯電させたり、または除電させたりするための部材として有用である。本発明の導電シートは、感光体に対する接触式帯電用導電シートとして最も有用である。

本発明の導電シートを感光体に対して接触させて使用するときの概略断面構成図の一例である。

符号の説明

１：導電シート、２：感光体、３：電気系統。

Claims

ポリテトラフルオロエチレンおよび充填材のみからなる接触式帯電／除電用導電シートであって、
前記充填材が導電性充填材および研磨性充填材から選択され、
前記充填材の含有量が導電シートの構成材料全量に対して０．５〜２５重量％であり、
前記充填材として、カーボンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、球状カーボン、およびそれらの混合物からなる群から選択される導電性充填材を導電シートの構成材料全量に対して０．５〜２０重量％で含み、
前記研磨性充填材が、鱗片状無機物質、粒子状無機物質、および粒子状有機ポリマーからなる群から選択される導電シート。
表面抵抗率が１０^２〜１０^９Ω／□であることを特徴とする請求項１に記載の導電シート。
表面粗さＲａ（算術平均粗さ）が０．０５〜０．８μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の導電シート。