ローラ、プロセスカートリッジ及び電子写真装置
【課題】安定かつ良好な均一帯電特性と出力画像品質が得られるローラ及び該ローラを具備するプロセスカートリッジ及び電子写真装置を提供する。
【解決手段】導電性基体Ａの外周上に、弾性層Ｂと、該弾性層上に、単一又は複数の層からなる被覆層Ｃとを有するローラにおいて、該被覆層Ｃの主成分が、極性樹脂またはエラストマーである場合、該被覆層Ｃが、少なくとも最表面層Ｅに、融点が９０℃以上１７０℃以下である極性ワックスを含有する層であるローラ。
【解決手段】導電性基体Ａの外周上に、弾性層Ｂと、該弾性層上に、単一又は複数の層からなる被覆層Ｃとを有するローラにおいて、該被覆層Ｃの主成分が、極性樹脂またはエラストマーである場合、該被覆層Ｃが、少なくとも最表面層Ｅに、融点が９０℃以上１７０℃以下である極性ワックスを含有する層であるローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真装置に使用されるローラ、プロセスカートリッジ及び電子写真装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真法としては多数の方法が知られているが、一般には、まず感光体を帯電後、種々の像露光手段により感光体上に電気的潜像を形成する。次いで前記潜像をトナーで現像を行って可視像とし、必要に応じて紙等の転写材にトナー画像を転写した後、熱・圧力等により転写材上にトナー画像を定着して複写物を得る。また、転写材上に転写されずに感光体上に残ったトナー粒子は、クリーニング工程により感光体上より除去される。
【０００３】
近年、感光体の帯電装置として、接触帯電装置が実用化されている。接触帯電装置は、従来から用いられているコロナ帯電装置と比較して、感光体の帯電に伴うオゾンの発生を抑制でき、また帯電に必要な消費電力を低減させることができる。そして、特に帯電部材として帯電ローラを用いたローラ帯電方式は、帯電の安定性という点から好ましく用いられている。
【０００４】
ローラ帯電方式は、導電性の弾性ローラを感光体に加圧当接させ、これに電圧を印加することによって感光体への帯電を行うものである。
【０００５】
ところで、接触帯電装置による帯電は、帯電部材（帯電ローラ）から感光体への放電によって行われ、ある閾値電圧以上の電圧を帯電ローラに印加することによって感光体の帯電が開始される。例を示すと、厚さ２５μｍの感光層を有する有機感光体（ＯＰＣ感光体）に対して帯電ローラを加圧当接させた場合には、絶対値で約６４０Ｖ以上の電圧を帯電ローラに印加すると感光体の表面電位が上昇し始める。それ以降は印加電圧に対して傾き１で線形に感光体表面電位が増加する。以後、この閾値電圧を帯電開始電圧Ｖｔｈと定義する。
【０００６】
つまり、電子写真に必要とされる感光体表面電位Ｖｄを得るためには帯電ローラには、Ｖｄ＋Ｖｔｈという画像形成自体に必要とされる以上のＤＣ電圧の印加が必要となる。このようにしてＤＣ電圧のみを帯電部材に印加して帯電を行う方法をＤＣ帯電と称する。
【０００７】
しかし、ＤＣ帯電においては環境変動等によって帯電部材の抵抗値が変動し易い。また、感光体の使用に伴い、感光層が徐々に削れることによって感光層の膜厚が変化するとＶｔｈが変動する。これらの理由により、感光体の電位を所望の値に制御することは容易ではなかった。
【０００８】
このため、更なる帯電の均一化を図るために、所望のＶｄに相当するＤＣ電圧に２×Ｖｔｈ以上のピーク間電圧を持つＡＣ成分を重畳した電圧を帯電部材に印加するＡＣ＋ＤＣ帯電方式が用いられている（例えば、特許文献１）。これは、ＡＣによる電位の均し効果を目的としたものであり、感光体の電位はＡＣ電圧のピークの中央であるＶｄに収束し、環境等の外乱には影響され難い。
【０００９】
帯電ローラとしては、導電性基体の外周上に弾性層を被覆した導電性支持部材上に、導電性シームレスチューブにより表面層を形成した例がある（例えば、特許文献２）。また、導電性の異なる層構成よりなる多層チューブによる例も開示されている（例えば、特許文献３）。単層のチューブで被覆した帯電ローラでは、感光体を接触帯電方式で帯電する場合、抵抗のばらつきや環境による抵抗変化が大きいため、感光体が均一に帯電されず、鮮明な画像等が得られない。しかし、各層の導電性を変化させた多層チューブで帯電ローラに被覆した場合、各層内での抵抗のばらつきや環境変化による抵抗変化を抑制できる。
【００１０】
このような、シームレスチューブにより帯電ローラを形成する方法は、導電性基体上の弾性層として発泡体を用いても、それを更にシームレスチューブによって被覆することにより、平滑な面を形成することができ、感光体をより均一に帯電をすることができる。
【００１１】
導電性支持部材をシームレスチューブで被覆する具体的な方法として、導電性支持部材にシームレスチューブを外嵌させる方法がある。具体的には、シームレスチューブの内径を被覆すべき導電性支持部材の外径よりも大きくして、物理的あるいは化学的手段、例えば、熱によりチューブを収縮させ嵌合させる方法がある。また、シームレスチューブ内径を被覆すべき支持部材の外径よりも小さくして、物理的あるいは化学的手段、例えば、空気圧によりチューブを押し広げ嵌合させる方法がある（例えば、特許文献４）。
【００１２】
また、近年、シームレスチューブの作成時において、極性熱可塑性樹脂を用いると、空気圧によりチューブを押し広げ嵌合させる時、導電性支持部材の大きさに従ったチューブ伸縮による、抵抗値変化を抑制できることが見出されている（例えば、特許文献５）。
【００１３】
しかしながら、カーボンブラック等の顔料を配合した極性熱可塑性樹脂を押出成型してシームレスチューブを作製する場合、顔料等の凝集物や、ゲル化物等の非溶融物が核となって粒子が残存するフィッシュ・アイが発生することがあった。また、樹脂の粘度バランスの悪さなどに起因するウェルドラインと呼ばれる表面欠陥やチューブ形状不良が発生することがあった。フィッシュ・アイや、ウェルドライン、チューブ形状不良が発生すると、帯電ロールとして用いた際、黒ポチ、黒スジ、画像ムラ等の画像不良の原因となる問題があった。
【特許文献１】特開昭６３−１４９６６９号公報
【特許文献２】米国特許４９６７２３１号明細書
【特許文献３】特開平５−９６６４８号公報
【特許文献４】特開平１０−２２８１５６号公報
【特許文献５】特開２００６−１１９６１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、ローラ表面のフィッシュ・アイの低減、及びウェルドラインを軽減させ、更にチューブ形状を良化させ、安定かつ良好な均一帯電特性と出力画像品質が得られるローラを提供することを目的とする。更には、該ローラを具備するプロセスカートリッジ及び電子写真装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題は、導電性基体の外周上に、弾性層と、該弾性層上に単一又は複数の層からなる被覆層とを有するローラにおいて、該被覆層の主成分が、極性樹脂又はエラストマーであり、該被覆層が少なくとも最表面層に融点が９０℃以上１７０℃以下である極性ワックスを含有する層であることを特徴とするローラによって達成される。
【００１６】
また、前記課題は、前記ローラを具備していることを特徴とするプロセスカートリッジ及び電子写真装置によって達成される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、ローラ表面のフィッシュ・アイの低減及びウェルドラインの軽減、チューブ形状を良化する、安定かつ良好な均一帯電特性と出力画像品質が得られるローラを提供することが可能となった。更には、該ローラを具備するプロセスカートリッジ及び電子写真装置を提供することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
本発明者等は、ローラの被覆層の形成に用いるシームレスチューブについて鋭意検討を行った。この検討により、シームレスチューブを押出成型により作製する際、極性樹脂又はエラストマーに極性ワックスを配合すると、配合したカーボンブラック等の顔料等の分散が良くなることを見出し、本発明を完成するに到った。
【００２０】
本発明のローラは、導電性基体の外周上に、弾性層と、該弾性層上に、単一又は複数の層からなる被覆層とを有する。被覆層が単一の層からなるものである場合には、該被覆層の主成分は、極性樹脂或いはエラストマーであり、更に融点が９０℃以上１７０℃以下である極性ワックスを含有する。また、被覆層が複数の層からなる場合は、少なくとも最表面層の主成分は、極性樹脂或いはエラストマーであり、更に融点が９０℃以上１７０℃以下である極性ワックスを含有する。
【００２１】
本発明のローラの実施形態の一例を図１に示す。図１に示した本発明のローラは、導電性基体Ａの外周上に、弾性層Ｂと、該弾性層Ｂ上に、内層Ｄと外層（最表面層）Ｅの２層からなる被覆層Ｃを有する。最表面層でもある外層Ｅは、主成分が極性樹脂又はエラストマーであり、更に融点が９０℃以上１７０℃以下である極性ワックスを含有する層とする。また、本発明のローラは、弾性層Ｂの外周上に更に導電層又は抵抗層を有し、その外周上に被覆層Ｃを有する構成としてもよい。
【００２２】
前記導電性基体Ａとしては、円柱状や円筒状の形態を有しており、通常、鉄、銅及びステンレス等の金属、カーボン分散樹脂、金属あるいは金属酸化物分散樹脂等の材料から製造されたものを使用することが好ましい。
【００２３】
前記弾性層Ｂは、クロロプレンゴム、イソプレンゴム、ＥＰＤＭゴム、ポリウレタンゴム、エポキシゴム及びブチルゴム等のゴム又はスポンジや、スチレンブタジエン共重合体、ポリウレタン、ポリエステル樹脂及びエチレン−酢酸ビニル共重合体等の熱可塑性樹脂で形成することができる。通常、これらのゴムや樹脂には、カーボンブラック、金属及び金属酸化物粒子等の導電剤を含有させることが好ましい。なお、導電性基体の外周上に弾性層を形成したものを以下導電性支持部材という。
【００２４】
前記被覆層Ｃは、通常、導電性を有することが好ましい。導電性を有する被覆層（導電性被覆層と表すことがある）Ｃの形成方法等は特に制限されるものではない。従来安定生産が難しいとされた中抵抗領域の導電性を有するローラを安定して生産できるという観点から、シームレスチューブを作製し、このシームレスチューブを導電性支持部材の弾性層上に被覆して形成することが好ましい。
【００２５】
前記導電性被覆層Ｃを形成する材料としては、主成分は極性樹脂又はエラストマーであり、カーボンブラックを含有する極性熱可塑性エラストマーが好ましい。被覆層Ｃ（導電性被覆層Ｃ）を単一層とする場合には、少なくとも極性樹脂又はエラストマーと、融点が９０℃以上１７０℃以下の極性ワックスが配合された材料を用いる。被覆層Ｃ（導電性被覆層Ｃ）を複数の層からなるものとする場合には、少なくとも最表面層を形成する材料には、極性樹脂又はエラストマーと融点が９０℃以上１７０℃以下の極性ワックスが配合された材料を用いる。
【００２６】
前記極性ワックスは、広義には、電気的な分極性とイオン性を持つワックスである。本発明においては、酸素原子や窒素原子を含んでいるワックスを示す。例えば、脂肪酸、脂肪酸アルコール、エステル、エーテル、ケトン、アミン類などが挙げられる。
【００２７】
また、極性樹脂或いはエラストマーを用いて被覆層を形成する場合、融点が９０℃以上１７０℃以下の極性ワックスを配合すると、顔料等の凝集物や、ゲル化物等の非溶融物が核となって発生するフィッシュ・アイ等の表面欠陥の発生を低減する。更に、粘度バランスが良くなり、ウェルドラインの軽減、チューブ形状も良化する。配合する極性ワックスの融点は、シームレスチューブの押出成型を行う際の温度よりも低い（１７０℃以下）ほうが樹脂の流動性が良くなり、成型性が向上する。しかしながら、９０℃を下まわる融点を有する極性ワックスを使用した場合、該ワックスが先に溶融して分散性が悪くなり、フィッシュ・アイが発生する場合がある。また、非極性樹脂又はエラストマーを主成分とした、シームレスチューブを作製する場合、極性ワックスを用いると、相溶性が悪い場合があり、それに伴い、フィッシュ・アイが発生する場合がある。
【００２８】
融点が９０℃以上１７０℃以下の極性ワックスとしては、例えば、脂肪酸アミド系やウレタン系やポリエチレンなどの炭化水素と、極性成分を混合した複合ワックス等が挙げられる。極性成分としては、脂肪酸、脂肪酸アルコール、エステル、エーテル、ケトン、アミン類が挙げられる。市販品としては、「アマイイミド−６」（商品名、川研ファインケミカル（株）製）、「ＡＸ−２０００」（商品名、川研ファインケミカル（株）製）、「バンルーブ Ｎ−１８」（商品名、ハリマ化成（株）製）、「ＨＡＤ−５１５０」（商品名、日本精蝋（株）製）、「花王ワックス２３０−２」（商品名、花王（株）製）、「ユーメックス１０１０」（商品名、三洋化成工業（株）製）等が挙げられる。これらの極性ワックスは、１種を用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２９】
前記極性ワックスは、通常、極性樹脂又はエラストマー１００質量部に対し０．１質量部以上２０質量部以下含有することが好ましく、１質量部以上１０質量部以下含有することがより好ましい。極性ワックスの含有量を０．１質量部以上２０部質量部以下とすると、上述したフィッシュ・アイ等の表面欠陥の発生を容易に低減でき、また、粘度バランスが良くなり、ウェルドラインの軽減及びチューブ形状良化を容易に行うことができる。０．１質量部を下回ると、樹脂粘度が高すぎるため、チューブ作製が困難となり、フィッシュ・アイ等の表面欠陥や、ウェルドラインの発生やチューブ形状が悪化する場合がある。２０質量部を上回ると、樹脂粘度が低すぎるため、ウェルドラインの発生やチューブ形状が悪化する場合がある。
【００３０】
本発明における極性樹脂又はエラストマーは、電気的な分極性とイオン性を持つ、酸素原子や窒素原子を含む樹脂又はエラストマーである。極性樹脂又はエラストマーとしては、ポリウレタン、ポリアミド、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリ（エーテル−エステル）共重合体、ポリ（ウレタン−エーテル）共重合体、ポリ（アミド−エーテル）共重合体、ポリ（ウレタン−エステル）共重合体、ＡＳ（ポリ（アクリロニトリル−スチレン）共重合体）、ＡＢＳ（ポリ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）共重合体）等が挙げられる。この中で、熱可塑性を有する極性樹脂又はエラストマーが熱加工しやすいため好ましい。
【００３１】
極性熱可塑性樹脂又はエラストマーとしては、例えば、市販品としてはアミド系エラストマー（商品名：「ペバックス４０３３」、アトフィナジャパン社製）、ポリウレタン系エラストマー ＴＰＵ（商品名：「クラミロンＵ」、（株）クラレ製）、エステル系エラストマー（商品名：「ハイトレル３０４６」、東レデュポン社製）、ＡＳ樹脂（商品名：「サンレックス」、テクノポリマー（株）製）、ＡＢＳ樹脂（商品名：「テクノＡＢＳ１１０」、テクノポリマー（株）製）等が挙げられる。本発明における被覆層（導電性被覆層）を形成する材料には、前記極性樹脂又はエラストマーのうち１種又は２種以上を用いることができる。
【００３２】
また、被覆層（導電性被覆層）を形成する材料には、上記極性熱可塑性樹脂又はエラストマーのほかに、さらに非極性熱可塑性樹脂又はエラストマーを本発明の効果を損なわない範囲で添加してもよい。
【００３３】
被覆層に導電性を持たせるために用いられる前記カーボンブラックは、特に限定されるものではないが、例えば、好ましいカーボンブラックとして、「ケッチェンブラック」（商品名、ライオンアクゾ社製）、「Ｐｒｉｎｔｅｘ」（商品名、デグサ製）、「Ｓｐｅｃｉａｌ Ｂｌａｃｋ」（商品名、デグサ製）、「Ｃｏｌｏｒ Ｂｌａｃｋ」（商品名、デグサ製）、「ＢＬＡＣＫ ＰＥＡＲＬＳ」（商品名、キャボット社製）、「旭カーボン」（商品名、旭カーボン社製）、「三菱カーボン」（商品名、三菱化学社製）、「デンカブラック」（商品名、電気化学工業社製）、「シースト」（商品名、東海カーボン社製）、「トーカブラック」（商品名、東海カーボン社製）等が挙げられる。これらのカーボンブラックは、１種を用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。また、イオン導電剤等を用いて導電性を持たせることも可能であるが、感光体と当接するために塩が感光体を汚染する場合や、環境変動が大きくなる場合には、イオン導電剤等の配合を控えることが好ましい。
【００３４】
前記カーボンブラックの配合量は、特に限定されるものではないが、通常、熱可塑性エラストマー１００質量部に対し１０質量部以上８０質量部以下とすることが好ましく、２０質量部以上７０質量部以下とすることがより好ましい。複数の層からなる導電性被覆層の場合には、各々の層を形成する材料のカーボンブラックの配合量を、前記範囲の配合量とすることが好ましい。カーボンブラックの配合量を１０質量部以上とすると、通電使用時の抵抗上昇を抑え、帯電ロールとしての耐久性を向上することができる。一方、カーボンブラックの配合量を８０質量部以下とすると、被覆層を形成するためのシームレスチューブの弾性特性が好ましいものとなり、容易に被覆層を形成することができる。
【００３５】
なお、シームレスチューブの抵抗値は、通常、１×１０6Ω・ｃｍ以上１×１０11Ω・ｃｍ以下とすることが好ましい。
【００３６】
導電性被覆層を形成する材料には、その他、必要に応じて無機顔料、導電性充填剤、老化防止剤、軟化剤、可塑剤、補強剤、充填剤などを配合してもよい。前記導電性充填剤としては、グラファイト、金属酸化物を挙げることができる。金属酸化物としては、例えば、酸化チタン、酸化鉛、などが挙げられる。
【００３７】
導電性被覆層の形成に使用する前記シームレスチューブの作製方法は、特に限定されるものではなく、例えば、次のようにして作製することができる。すなわち、まず熱可塑性エラストマーと、極性ワックスと、カーボンブラックと、その他の添加剤とを混練し、続いてこれをペレット化する。次に、得られたペレットを押出成形機により押し出し、シームレスチューブを作製する。複数の層を有するシームレスチューブは、例えば、各々の層を形成するための材料ペレットを、二層押出機を用いて同時に押し出して作製すればよい。
【００３８】
前記二層押出機の一例を図２により説明する。成形に用いるダイス４には、空気導入用の中央通孔５の周囲に内外二重の環状の押し出し流路６、７が設けられている。成形に際しては、中央通孔５から空気を吹き込みながら、内側流路６に第１押し出し機８から被覆チューブを構成する内層材料を、また外側流路７に第２押し出し機９から被覆チューブを構成する外層材料をそれぞれ加圧注入する。内部層３（ｉ）と外部層３（ｏ）を重ね合わせ一体化して押し出して得られたチューブ３の内部を空気で膨らませながら、その外周に設けた水冷リング１０にて冷却する。冷却されたチューブはチューブ引き取り装置２２により送られ、所定長さに順次切断し、目的のシームレスチューブを得る。
【００３９】
前記シームレスチューブの厚みは、特に限定されるものではないが、通常、１００μｍ以上６００μｍ以下とすることが好ましい。
【００４０】
また、前記導電性支持部材は、導電性基体の外周上に、弾性層を形成することにより作製することができる。導電性支持部材の作製方法は、特に限定されず、例えば、公知の方法の中から適したものを選択すればよい。具体的には、例えば、次のようにして作製することができる。まず、表面に導電性接着剤を塗布した導電性基体を用意する。一方、弾性層形成用の熱可塑性樹脂やゴムにカーボンブラック、金属及び金属酸化物粒子等の導電剤、加硫剤及びその他の添加剤を加え、混練してゴムコンパウンドを調製する。次に、このゴムコンパウンドを押出機でチューブ状に押し出し、加硫して中心部に孔を有する弾性チューブを作製する。そして、表面に導電性接着剤を塗布した導電性基体上にこの弾性チューブを被覆し、続いて加硫した後、不要な弾性チューブ端部をカットして除き、その後、研磨することにより所定の直径の弾性層を有する導電性支持部材を作製する。
【００４１】
次に、このようにして作製した導電性支持部材の弾性層上に前記シームレスチューブを被覆し、ローラを製造することができる。
【００４２】
前記シームレスチューブを前記導電性支持部材の弾性層上に被覆する方法は、特に限定されない。例えば、中心部の孔が、前記導電性支持部材の弾性層の外径より小さいシームレスチューブを準備する。この中心部の孔の内径を、エアー圧等を利用して拡大し、そこに前記導電性支持部材を挿入した後に、エアー圧等を開放して、シームレスチューブの収縮力で導電性支持部材の弾性層の周面に密着させて被覆する方法を挙げることができる。また、前記シームレスチューブが熱収縮性のシームレスチューブの場合、前記導電性支持部材の弾性層上に被覆した後に加熱して収縮させ、密着させる方法等を挙げることができる。
【００４３】
次に、本発明のプロセスカートリッジについて説明する。
【００４４】
本発明のプロセスカートリッジは、本発明のローラを具備する。本発明のローラを帯電ローラとして具備するプロセスカートリッジの実施形態の一例を図３に示す。本発明のプロセスカートリッジは、上述したように、本発明のローラを具備することを特徴とするものであり、電子写真感光体、露光手段、現像手段、転写手段及びクリーニング手段等は、特に限定されるものではない。
【００４５】
図３に示した実施形態のプロセスカートリッジ２１においては、電子写真感光体１３は、矢印方向に所定の周速度で回転駆動される。電子写真感光体１３は回転過程において、一次帯電手段としての本発明の帯電ローラ１１によりその周面に正又は負の所定電位の均一帯電を受ける。次いで、スリット露光やレーザービーム走査露光などの像露光手段（不図示）からの画像露光１４を受ける。こうして電子写真感光体１３の周面に静電潜像が順次形成される。
【００４６】
形成された静電潜像は、次に現像手段１５によりトナー現像され、現像されたトナー像は電子写真感光体１３と転写手段１６との間に電子写真感光体１３の回転と同期取りされて不図示の給紙部から給紙された転写材１７に、転写手段１６によって順次転写される。
【００４７】
像転写を受けた転写材１７は、電子写真感光体１３面から分離されて像定着手段１８へ導入されて像定着を受け、複写物（コピー）として装置外へ排出される。
【００４８】
像転写後の電子写真感光体１３の表面は、クリーニング手段１９によって転写残りトナーの除去を受けて清浄面化され、繰り返し像形成に使用される。
【００４９】
前記例示では、帯電ローラとして使用した例を示したが、本発明のローラは現像手段１５内に設けた現像ローラ、転写手段１６内に設けた転写ローラ、現像手段１５内に現像ローラに当接して設けられた現像剤規制ローラ等にも使用することができる。
【実施例】
【００５０】
以下、実施例を挙げて説明をするが、本発明は本実施例により限定されるものではない。
【００５１】
融点測定には、「ＤＳＣ−６２００」（製品名、セイコーインスツルメンツ社製）を用い、装置検出部の温度補正はインジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正についてはインジウムの融解熱を用いる。サンプルはアルミニウム製のパンを用い対照用に空のパンをセットし、昇温速度１０℃／ｍｉｎで測定を行った。
【００５２】
（弾性層を有するローラの作製）
［ローラ作製例１］（ローラ１の作製）
導電性基体として、鉄材を押出成形により、直径６ｍｍの棒材に押出し、長さ２４４ｍｍに切断後、ニッケルによるメッキを厚さ約３μｍ施したものを用意した。次に、弾性層の材料として、下記材料を用意した。
【００５３】
エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）（商品名：「ＥＰＴ４０７０」、三井化学（株）製） １００質量部
カーボンブラック（商品名：「ケッチェンブラックＥＣ」、ライオン（株）製） １6質量部
パラフィンオイル（商品名：「ダイアナプロセスオイルＰＷ―３８０」、出光興産社製） １０質量部
炭酸カルシウム ４０質量部
酸化亜鉛 ５質量部
ステアリン酸 １質量部
硫黄 １．５質量部
テトラメチルチウラムジスルフィド（ＴＭＴD） １．５質量部
２−メルカプトベンゾチアゾール（ＭＢＴ） ０．５質量部
前記エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）に、前記カーボンブラック、加硫剤及びその他の添加剤を加え、２本ローラで混練分散し、ゴムコンパウンドを得た。得られたゴムコンパウンドを単軸押出機でチューブ状に押し出し、１６０℃、０．７ＭＰａの水蒸気中で３０分間加熱して加硫を行い、直径１２．５ｍｍ、長さ２４４ｍｍ、中心部に直径４ｍｍの孔を有する弾性チューブを作製した。表面に導電性接着剤を塗布した上記導電性基体上にこの弾性チューブを被覆し、続いて２００℃、０．７ＭＰａの水蒸気中で３０分間加硫した後、不要な端部のゴムを導電性基体の端面より１０ｍｍ内側にて両端カットして、不要な弾性チューブ端部を除いた。その後、研磨によって直径１１．５ｍｍの弾性層を有するローラ１（導電性支持部材）を得た。
【００５４】
（シームレスチューブの作製）
［チューブ作製例１］（チューブ１の作製）
チューブ１の外層（最表面層）を形成するための樹脂材料ペレットを次のようにして準備した。
【００５５】
アミド系の極性熱可塑性エラストマー（商品名：「ペバックス４０３３」、アトフィナジャパン社製） １００質量部
極性ワックス（商品名：「ユーメックス１０１０」、三洋化成工業（株）製 融点１４５℃） ５質量部
カーボンブラック（商品名：「スペシャルブラック５５０」 デグサ（株）） ７０質量部
酸化マグネシウム（商品名：「スターマグ」 神島化学（株）製） １０質量部
ステアリン酸カルシウム（商品名：「カルシウムステアレート」 日本油脂（株）製） １質量部
前記化合物を添加し、加圧式ニーダーを用いて２０℃以上２２０℃以下で溶融混練した後、冷却し、粉砕機で粉砕し、押出温度１４０℃以上２００℃以下で押出機を用いて造粒し、ペレットＡＯ１を作製した。
【００５６】
次にチューブ１の内層を形成するための樹脂材料ペレットを次のようにして準備した。
【００５７】
熱可塑性ポリウレタンエラストマー ＴＰＵ（商品名：「クラミロンＵ」、（株）クラレ製） １００質量部
カーボンブラック（商品名：「ケッチェンブラックＥＣ」、ライオン（株）製） １６質量部
酸化マグネシウム（商品名：「スターマグ」、神島化学（株）製） １０質量部
ステアリン酸カルシウム（商品名：「カルシウムステアレート」 日本油脂（株）製） １質量部
前記化合物を添加し、加圧式ニーダーを用いて１８０℃で１５分間混練した後、冷却し、粉砕機で粉砕し、押出温度１８０℃で押出機を用いて造粒し、ペレットＡＮ１を作製した。
【００５８】
次に、前記のペレットＡＯ１及びＡＮ１を用いてチューブ１を作製した。
【００５９】
図２に示される内径φ１６．５ｍｍのダイスと外径φ１８．５ｍｍのポイントを備えた二層押出機で、押出温度１６０℃、チューブ引き取り速度２．５ｍｍ／ｓで押し出し、成型を行った。その後、サイジング、冷却工程を経て、チューブ内径φ１１．１ｍｍ、最表面層の厚さ１００μｍ、内層の厚さ４００μｍ、長さ２５ｃｍのシームレスチューブ（チューブ１）を得た。
【００６０】
［チューブ作製例２］（チューブ２の作製）
外層材料に用いる主成分材料、極性ワックスとして、下記化合物を下記の配合量で配合した以外は、チューブ作製例１と同様にチューブ２を作製した。
【００６１】
エステル系の極性熱可塑性エラストマー（商品名：「ハイトレル３０４６」、東レデュポン社製） ６０質量部
スチレン系の非極性熱可塑性エラストマー（商品名：「ダイナロン４６００Ｐ」、ＪＳＲ（株）製） ４０質量部
極性ワックス（商品名：「ユーメックス２０００」、三洋化成工業（株）製 融点１０８℃） ５質量部
［チューブ作製例３］（チューブ３の作製）
外層材料に用いる主成分材料として、下記化合物を下記の配合量で配合した以外は、チューブ作製例２と同様にチューブ３を作製した。
【００６２】
ＡＢＳ樹脂（商品名：「テクノＡＢＳ１１０」、テクノポリマー（株）製） ７０質量部
スチレン系の非極性熱可塑性エラストマー（商品名：「ダイナロン４６００Ｐ」、ＪＳＲ（株）製） ３０質量部
［チューブ作製例４］（チューブ４の作製）
極性ワックスとして、（商品名：「ＮＰＳ−９２１０」日本精蝋（株）製 融点７４℃）５質量部を用いたこと以外は、チューブ作製例２と同様にチューブ４を作製した。
【００６３】
［チューブ作製例５］（チューブ５の作製）
外層材料に用いる主成分材料、極性ワックスとして、下記化合物を下記の配合量で配合した以外は、チューブ作製例１と同様にチューブ５を作製した。
【００６４】
スチレン系の非極性熱可塑性エラストマー（商品名：「ダイナロン４６００Ｐ」、ＪＳＲ（株）製） １００質量部
極性ワックス（商品名：「ユーメックス１０１０」、三洋化成工業（株）製 融点１４５℃）５質量部
［チューブ作製例６］（チューブ６の作製）
極性ワックスを用いなかったこと以外はチューブ作製例１と同様にして、チューブ６を作製した。
【００６５】
（実施例１、２、３）
前記チューブ作製例１、２、及び３にて得られたチューブ１、２及び３の各々を、前記ローラ作製例１にて作製したローラ１にチューブ被覆装置（不図示）により嵌め込み、圧密着させ、帯電ローラ１、２及び３の各々を作製した。
【００６６】
（比較例１、２、３）
前記チューブ作成例４、５及び６にて得られたチューブ４、５及び６の各々を用いたこと以外は実施例１と同様にして、帯電ローラ４、５及び６の各々を作製した。
【００６７】
前記実施例及び比較例で作製したチューブ及び帯電ローラについて次の評価を行った。
【００６８】
＜画像評価＞
実施例及び比較例で得られた帯電ローラを、プロセスカートリッジ（商品名：「ＬＢＰ３４００用カートリッジ」、キヤノン（株）製）に組み込む。前記プロセスカートリッジをレーザービームプリンター（商品名：「ＬＢＰ３４００」、キヤノン（株）製）に装着し、（２３±２℃、５５±５％ＲＨ）の条件の下で画像出しを行い、得られた画像を目視で検査し、下記基準に基づき評価した。
【００６９】
＜フィッシュ・アイの評価＞
前記画像出しにより得られた画像で、フィッシュ・アイによる黒ポチの有無を確認し、以下のように評価した。
【００７０】
○：黒ポチなし
△：黒ポチが軽微にみられた（実用不可）
×：黒ポチが多数みられた（実用不可）
＜ウェルドラインの評価＞
前記画像出しにより得られた画像で、ウェルドラインによる黒スジの有無を確認し、以下のように評価した。
【００７１】
○：黒スジなし
×：黒スジが顕著にみられる（実用不可）
＜チューブ形状の評価＞
前記画像出しにより得られた画像で、チューブ形状不良による画像ムラの有無を確認し、以下のように評価した。
【００７２】
○：画像ムラなし
△：画像ムラが軽微にみられる（実用不可）
×：画像ムラが顕著にみられる（実用不可）
以上の結果をまとめ、表１に示した。
【００７３】
表１の結果は、帯電ローラの被覆層の主成分が、極性樹脂又はエラストマーである場合、極性ワックスを含有すると、帯電ローラ表面のフィッシュ・アイが低減し、ウェルドラインの軽減及びチューブ形状が良化することを示している。また、これにより安定かつ良好な均一帯電特性と出力画像品質が得られる帯電ローラ及び該帯電ローラを有するプロセスカートリッジ及び電子写真装置を提供することが可能である。
【００７４】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明におけるローラの一例の、導電性基体に垂直な面における断面の該略を示す図である。
【図２】本発明におけるシームレスチューブの作製に用いる、チューブ押し出し装置の一例の概略構成図である。
【図３】本発明のプロセスカートリッジを装着した電子写真装置の該略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
Ａ 導電性基体
Ｂ 弾性層
Ｃ 被覆層
Ｄ 内層
Ｅ 外層（最表面層）
３（ｉ） 内部層
３（ｏ） 外部層
４ ダイス
５ 中央通孔
６ 押し出し流路
７ 押し出し流路
８ 第１押し出機
９ 第２押し出機
１０ 水冷リング
１１ 帯電ローラ
１２ 電源
１３ 電子写真感光体
１４ 画像露光
１５ 現像手段
１６ 転写手段
１７ 転写材
１８ 像定着手段
１９ クリーニング手段
２０ レール
２１ プロセスカートリッジ
２２ タイミングプーリー（チューブ引き取り装置部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真装置に使用されるローラ、プロセスカートリッジ及び電子写真装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真法としては多数の方法が知られているが、一般には、まず感光体を帯電後、種々の像露光手段により感光体上に電気的潜像を形成する。次いで前記潜像をトナーで現像を行って可視像とし、必要に応じて紙等の転写材にトナー画像を転写した後、熱・圧力等により転写材上にトナー画像を定着して複写物を得る。また、転写材上に転写されずに感光体上に残ったトナー粒子は、クリーニング工程により感光体上より除去される。
【０００３】
近年、感光体の帯電装置として、接触帯電装置が実用化されている。接触帯電装置は、従来から用いられているコロナ帯電装置と比較して、感光体の帯電に伴うオゾンの発生を抑制でき、また帯電に必要な消費電力を低減させることができる。そして、特に帯電部材として帯電ローラを用いたローラ帯電方式は、帯電の安定性という点から好ましく用いられている。
【０００４】
ローラ帯電方式は、導電性の弾性ローラを感光体に加圧当接させ、これに電圧を印加することによって感光体への帯電を行うものである。
【０００５】
ところで、接触帯電装置による帯電は、帯電部材（帯電ローラ）から感光体への放電によって行われ、ある閾値電圧以上の電圧を帯電ローラに印加することによって感光体の帯電が開始される。例を示すと、厚さ２５μｍの感光層を有する有機感光体（ＯＰＣ感光体）に対して帯電ローラを加圧当接させた場合には、絶対値で約６４０Ｖ以上の電圧を帯電ローラに印加すると感光体の表面電位が上昇し始める。それ以降は印加電圧に対して傾き１で線形に感光体表面電位が増加する。以後、この閾値電圧を帯電開始電圧Ｖｔｈと定義する。
【０００６】
つまり、電子写真に必要とされる感光体表面電位Ｖｄを得るためには帯電ローラには、Ｖｄ＋Ｖｔｈという画像形成自体に必要とされる以上のＤＣ電圧の印加が必要となる。このようにしてＤＣ電圧のみを帯電部材に印加して帯電を行う方法をＤＣ帯電と称する。
【０００７】
しかし、ＤＣ帯電においては環境変動等によって帯電部材の抵抗値が変動し易い。また、感光体の使用に伴い、感光層が徐々に削れることによって感光層の膜厚が変化するとＶｔｈが変動する。これらの理由により、感光体の電位を所望の値に制御することは容易ではなかった。
【０００８】
このため、更なる帯電の均一化を図るために、所望のＶｄに相当するＤＣ電圧に２×Ｖｔｈ以上のピーク間電圧を持つＡＣ成分を重畳した電圧を帯電部材に印加するＡＣ＋ＤＣ帯電方式が用いられている（例えば、特許文献１）。これは、ＡＣによる電位の均し効果を目的としたものであり、感光体の電位はＡＣ電圧のピークの中央であるＶｄに収束し、環境等の外乱には影響され難い。
【０００９】
帯電ローラとしては、導電性基体の外周上に弾性層を被覆した導電性支持部材上に、導電性シームレスチューブにより表面層を形成した例がある（例えば、特許文献２）。また、導電性の異なる層構成よりなる多層チューブによる例も開示されている（例えば、特許文献３）。単層のチューブで被覆した帯電ローラでは、感光体を接触帯電方式で帯電する場合、抵抗のばらつきや環境による抵抗変化が大きいため、感光体が均一に帯電されず、鮮明な画像等が得られない。しかし、各層の導電性を変化させた多層チューブで帯電ローラに被覆した場合、各層内での抵抗のばらつきや環境変化による抵抗変化を抑制できる。
【００１０】
このような、シームレスチューブにより帯電ローラを形成する方法は、導電性基体上の弾性層として発泡体を用いても、それを更にシームレスチューブによって被覆することにより、平滑な面を形成することができ、感光体をより均一に帯電をすることができる。
【００１１】
導電性支持部材をシームレスチューブで被覆する具体的な方法として、導電性支持部材にシームレスチューブを外嵌させる方法がある。具体的には、シームレスチューブの内径を被覆すべき導電性支持部材の外径よりも大きくして、物理的あるいは化学的手段、例えば、熱によりチューブを収縮させ嵌合させる方法がある。また、シームレスチューブ内径を被覆すべき支持部材の外径よりも小さくして、物理的あるいは化学的手段、例えば、空気圧によりチューブを押し広げ嵌合させる方法がある（例えば、特許文献４）。
【００１２】
また、近年、シームレスチューブの作成時において、極性熱可塑性樹脂を用いると、空気圧によりチューブを押し広げ嵌合させる時、導電性支持部材の大きさに従ったチューブ伸縮による、抵抗値変化を抑制できることが見出されている（例えば、特許文献５）。
【００１３】
しかしながら、カーボンブラック等の顔料を配合した極性熱可塑性樹脂を押出成型してシームレスチューブを作製する場合、顔料等の凝集物や、ゲル化物等の非溶融物が核となって粒子が残存するフィッシュ・アイが発生することがあった。また、樹脂の粘度バランスの悪さなどに起因するウェルドラインと呼ばれる表面欠陥やチューブ形状不良が発生することがあった。フィッシュ・アイや、ウェルドライン、チューブ形状不良が発生すると、帯電ロールとして用いた際、黒ポチ、黒スジ、画像ムラ等の画像不良の原因となる問題があった。
【特許文献１】特開昭６３−１４９６６９号公報
【特許文献２】米国特許４９６７２３１号明細書
【特許文献３】特開平５−９６６４８号公報
【特許文献４】特開平１０−２２８１５６号公報
【特許文献５】特開２００６−１１９６１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、ローラ表面のフィッシュ・アイの低減、及びウェルドラインを軽減させ、更にチューブ形状を良化させ、安定かつ良好な均一帯電特性と出力画像品質が得られるローラを提供することを目的とする。更には、該ローラを具備するプロセスカートリッジ及び電子写真装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題は、導電性基体の外周上に、弾性層と、該弾性層上に単一又は複数の層からなる被覆層とを有するローラにおいて、該被覆層の主成分が、極性樹脂又はエラストマーであり、該被覆層が少なくとも最表面層に融点が９０℃以上１７０℃以下である極性ワックスを含有する層であることを特徴とするローラによって達成される。
【００１６】
また、前記課題は、前記ローラを具備していることを特徴とするプロセスカートリッジ及び電子写真装置によって達成される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、ローラ表面のフィッシュ・アイの低減及びウェルドラインの軽減、チューブ形状を良化する、安定かつ良好な均一帯電特性と出力画像品質が得られるローラを提供することが可能となった。更には、該ローラを具備するプロセスカートリッジ及び電子写真装置を提供することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
本発明者等は、ローラの被覆層の形成に用いるシームレスチューブについて鋭意検討を行った。この検討により、シームレスチューブを押出成型により作製する際、極性樹脂又はエラストマーに極性ワックスを配合すると、配合したカーボンブラック等の顔料等の分散が良くなることを見出し、本発明を完成するに到った。
【００２０】
本発明のローラは、導電性基体の外周上に、弾性層と、該弾性層上に、単一又は複数の層からなる被覆層とを有する。被覆層が単一の層からなるものである場合には、該被覆層の主成分は、極性樹脂或いはエラストマーであり、更に融点が９０℃以上１７０℃以下である極性ワックスを含有する。また、被覆層が複数の層からなる場合は、少なくとも最表面層の主成分は、極性樹脂或いはエラストマーであり、更に融点が９０℃以上１７０℃以下である極性ワックスを含有する。
【００２１】
本発明のローラの実施形態の一例を図１に示す。図１に示した本発明のローラは、導電性基体Ａの外周上に、弾性層Ｂと、該弾性層Ｂ上に、内層Ｄと外層（最表面層）Ｅの２層からなる被覆層Ｃを有する。最表面層でもある外層Ｅは、主成分が極性樹脂又はエラストマーであり、更に融点が９０℃以上１７０℃以下である極性ワックスを含有する層とする。また、本発明のローラは、弾性層Ｂの外周上に更に導電層又は抵抗層を有し、その外周上に被覆層Ｃを有する構成としてもよい。
【００２２】
前記導電性基体Ａとしては、円柱状や円筒状の形態を有しており、通常、鉄、銅及びステンレス等の金属、カーボン分散樹脂、金属あるいは金属酸化物分散樹脂等の材料から製造されたものを使用することが好ましい。
【００２３】
前記弾性層Ｂは、クロロプレンゴム、イソプレンゴム、ＥＰＤＭゴム、ポリウレタンゴム、エポキシゴム及びブチルゴム等のゴム又はスポンジや、スチレンブタジエン共重合体、ポリウレタン、ポリエステル樹脂及びエチレン−酢酸ビニル共重合体等の熱可塑性樹脂で形成することができる。通常、これらのゴムや樹脂には、カーボンブラック、金属及び金属酸化物粒子等の導電剤を含有させることが好ましい。なお、導電性基体の外周上に弾性層を形成したものを以下導電性支持部材という。
【００２４】
前記被覆層Ｃは、通常、導電性を有することが好ましい。導電性を有する被覆層（導電性被覆層と表すことがある）Ｃの形成方法等は特に制限されるものではない。従来安定生産が難しいとされた中抵抗領域の導電性を有するローラを安定して生産できるという観点から、シームレスチューブを作製し、このシームレスチューブを導電性支持部材の弾性層上に被覆して形成することが好ましい。
【００２５】
前記導電性被覆層Ｃを形成する材料としては、主成分は極性樹脂又はエラストマーであり、カーボンブラックを含有する極性熱可塑性エラストマーが好ましい。被覆層Ｃ（導電性被覆層Ｃ）を単一層とする場合には、少なくとも極性樹脂又はエラストマーと、融点が９０℃以上１７０℃以下の極性ワックスが配合された材料を用いる。被覆層Ｃ（導電性被覆層Ｃ）を複数の層からなるものとする場合には、少なくとも最表面層を形成する材料には、極性樹脂又はエラストマーと融点が９０℃以上１７０℃以下の極性ワックスが配合された材料を用いる。
【００２６】
前記極性ワックスは、広義には、電気的な分極性とイオン性を持つワックスである。本発明においては、酸素原子や窒素原子を含んでいるワックスを示す。例えば、脂肪酸、脂肪酸アルコール、エステル、エーテル、ケトン、アミン類などが挙げられる。
【００２７】
また、極性樹脂或いはエラストマーを用いて被覆層を形成する場合、融点が９０℃以上１７０℃以下の極性ワックスを配合すると、顔料等の凝集物や、ゲル化物等の非溶融物が核となって発生するフィッシュ・アイ等の表面欠陥の発生を低減する。更に、粘度バランスが良くなり、ウェルドラインの軽減、チューブ形状も良化する。配合する極性ワックスの融点は、シームレスチューブの押出成型を行う際の温度よりも低い（１７０℃以下）ほうが樹脂の流動性が良くなり、成型性が向上する。しかしながら、９０℃を下まわる融点を有する極性ワックスを使用した場合、該ワックスが先に溶融して分散性が悪くなり、フィッシュ・アイが発生する場合がある。また、非極性樹脂又はエラストマーを主成分とした、シームレスチューブを作製する場合、極性ワックスを用いると、相溶性が悪い場合があり、それに伴い、フィッシュ・アイが発生する場合がある。
【００２８】
融点が９０℃以上１７０℃以下の極性ワックスとしては、例えば、脂肪酸アミド系やウレタン系やポリエチレンなどの炭化水素と、極性成分を混合した複合ワックス等が挙げられる。極性成分としては、脂肪酸、脂肪酸アルコール、エステル、エーテル、ケトン、アミン類が挙げられる。市販品としては、「アマイイミド−６」（商品名、川研ファインケミカル（株）製）、「ＡＸ−２０００」（商品名、川研ファインケミカル（株）製）、「バンルーブ Ｎ−１８」（商品名、ハリマ化成（株）製）、「ＨＡＤ−５１５０」（商品名、日本精蝋（株）製）、「花王ワックス２３０−２」（商品名、花王（株）製）、「ユーメックス１０１０」（商品名、三洋化成工業（株）製）等が挙げられる。これらの極性ワックスは、１種を用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２９】
前記極性ワックスは、通常、極性樹脂又はエラストマー１００質量部に対し０．１質量部以上２０質量部以下含有することが好ましく、１質量部以上１０質量部以下含有することがより好ましい。極性ワックスの含有量を０．１質量部以上２０部質量部以下とすると、上述したフィッシュ・アイ等の表面欠陥の発生を容易に低減でき、また、粘度バランスが良くなり、ウェルドラインの軽減及びチューブ形状良化を容易に行うことができる。０．１質量部を下回ると、樹脂粘度が高すぎるため、チューブ作製が困難となり、フィッシュ・アイ等の表面欠陥や、ウェルドラインの発生やチューブ形状が悪化する場合がある。２０質量部を上回ると、樹脂粘度が低すぎるため、ウェルドラインの発生やチューブ形状が悪化する場合がある。
【００３０】
本発明における極性樹脂又はエラストマーは、電気的な分極性とイオン性を持つ、酸素原子や窒素原子を含む樹脂又はエラストマーである。極性樹脂又はエラストマーとしては、ポリウレタン、ポリアミド、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリ（エーテル−エステル）共重合体、ポリ（ウレタン−エーテル）共重合体、ポリ（アミド−エーテル）共重合体、ポリ（ウレタン−エステル）共重合体、ＡＳ（ポリ（アクリロニトリル−スチレン）共重合体）、ＡＢＳ（ポリ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）共重合体）等が挙げられる。この中で、熱可塑性を有する極性樹脂又はエラストマーが熱加工しやすいため好ましい。
【００３１】
極性熱可塑性樹脂又はエラストマーとしては、例えば、市販品としてはアミド系エラストマー（商品名：「ペバックス４０３３」、アトフィナジャパン社製）、ポリウレタン系エラストマー ＴＰＵ（商品名：「クラミロンＵ」、（株）クラレ製）、エステル系エラストマー（商品名：「ハイトレル３０４６」、東レデュポン社製）、ＡＳ樹脂（商品名：「サンレックス」、テクノポリマー（株）製）、ＡＢＳ樹脂（商品名：「テクノＡＢＳ１１０」、テクノポリマー（株）製）等が挙げられる。本発明における被覆層（導電性被覆層）を形成する材料には、前記極性樹脂又はエラストマーのうち１種又は２種以上を用いることができる。
【００３２】
また、被覆層（導電性被覆層）を形成する材料には、上記極性熱可塑性樹脂又はエラストマーのほかに、さらに非極性熱可塑性樹脂又はエラストマーを本発明の効果を損なわない範囲で添加してもよい。
【００３３】
被覆層に導電性を持たせるために用いられる前記カーボンブラックは、特に限定されるものではないが、例えば、好ましいカーボンブラックとして、「ケッチェンブラック」（商品名、ライオンアクゾ社製）、「Ｐｒｉｎｔｅｘ」（商品名、デグサ製）、「Ｓｐｅｃｉａｌ Ｂｌａｃｋ」（商品名、デグサ製）、「Ｃｏｌｏｒ Ｂｌａｃｋ」（商品名、デグサ製）、「ＢＬＡＣＫ ＰＥＡＲＬＳ」（商品名、キャボット社製）、「旭カーボン」（商品名、旭カーボン社製）、「三菱カーボン」（商品名、三菱化学社製）、「デンカブラック」（商品名、電気化学工業社製）、「シースト」（商品名、東海カーボン社製）、「トーカブラック」（商品名、東海カーボン社製）等が挙げられる。これらのカーボンブラックは、１種を用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。また、イオン導電剤等を用いて導電性を持たせることも可能であるが、感光体と当接するために塩が感光体を汚染する場合や、環境変動が大きくなる場合には、イオン導電剤等の配合を控えることが好ましい。
【００３４】
前記カーボンブラックの配合量は、特に限定されるものではないが、通常、熱可塑性エラストマー１００質量部に対し１０質量部以上８０質量部以下とすることが好ましく、２０質量部以上７０質量部以下とすることがより好ましい。複数の層からなる導電性被覆層の場合には、各々の層を形成する材料のカーボンブラックの配合量を、前記範囲の配合量とすることが好ましい。カーボンブラックの配合量を１０質量部以上とすると、通電使用時の抵抗上昇を抑え、帯電ロールとしての耐久性を向上することができる。一方、カーボンブラックの配合量を８０質量部以下とすると、被覆層を形成するためのシームレスチューブの弾性特性が好ましいものとなり、容易に被覆層を形成することができる。
【００３５】
なお、シームレスチューブの抵抗値は、通常、１×１０6Ω・ｃｍ以上１×１０11Ω・ｃｍ以下とすることが好ましい。
【００３６】
導電性被覆層を形成する材料には、その他、必要に応じて無機顔料、導電性充填剤、老化防止剤、軟化剤、可塑剤、補強剤、充填剤などを配合してもよい。前記導電性充填剤としては、グラファイト、金属酸化物を挙げることができる。金属酸化物としては、例えば、酸化チタン、酸化鉛、などが挙げられる。
【００３７】
導電性被覆層の形成に使用する前記シームレスチューブの作製方法は、特に限定されるものではなく、例えば、次のようにして作製することができる。すなわち、まず熱可塑性エラストマーと、極性ワックスと、カーボンブラックと、その他の添加剤とを混練し、続いてこれをペレット化する。次に、得られたペレットを押出成形機により押し出し、シームレスチューブを作製する。複数の層を有するシームレスチューブは、例えば、各々の層を形成するための材料ペレットを、二層押出機を用いて同時に押し出して作製すればよい。
【００３８】
前記二層押出機の一例を図２により説明する。成形に用いるダイス４には、空気導入用の中央通孔５の周囲に内外二重の環状の押し出し流路６、７が設けられている。成形に際しては、中央通孔５から空気を吹き込みながら、内側流路６に第１押し出し機８から被覆チューブを構成する内層材料を、また外側流路７に第２押し出し機９から被覆チューブを構成する外層材料をそれぞれ加圧注入する。内部層３（ｉ）と外部層３（ｏ）を重ね合わせ一体化して押し出して得られたチューブ３の内部を空気で膨らませながら、その外周に設けた水冷リング１０にて冷却する。冷却されたチューブはチューブ引き取り装置２２により送られ、所定長さに順次切断し、目的のシームレスチューブを得る。
【００３９】
前記シームレスチューブの厚みは、特に限定されるものではないが、通常、１００μｍ以上６００μｍ以下とすることが好ましい。
【００４０】
また、前記導電性支持部材は、導電性基体の外周上に、弾性層を形成することにより作製することができる。導電性支持部材の作製方法は、特に限定されず、例えば、公知の方法の中から適したものを選択すればよい。具体的には、例えば、次のようにして作製することができる。まず、表面に導電性接着剤を塗布した導電性基体を用意する。一方、弾性層形成用の熱可塑性樹脂やゴムにカーボンブラック、金属及び金属酸化物粒子等の導電剤、加硫剤及びその他の添加剤を加え、混練してゴムコンパウンドを調製する。次に、このゴムコンパウンドを押出機でチューブ状に押し出し、加硫して中心部に孔を有する弾性チューブを作製する。そして、表面に導電性接着剤を塗布した導電性基体上にこの弾性チューブを被覆し、続いて加硫した後、不要な弾性チューブ端部をカットして除き、その後、研磨することにより所定の直径の弾性層を有する導電性支持部材を作製する。
【００４１】
次に、このようにして作製した導電性支持部材の弾性層上に前記シームレスチューブを被覆し、ローラを製造することができる。
【００４２】
前記シームレスチューブを前記導電性支持部材の弾性層上に被覆する方法は、特に限定されない。例えば、中心部の孔が、前記導電性支持部材の弾性層の外径より小さいシームレスチューブを準備する。この中心部の孔の内径を、エアー圧等を利用して拡大し、そこに前記導電性支持部材を挿入した後に、エアー圧等を開放して、シームレスチューブの収縮力で導電性支持部材の弾性層の周面に密着させて被覆する方法を挙げることができる。また、前記シームレスチューブが熱収縮性のシームレスチューブの場合、前記導電性支持部材の弾性層上に被覆した後に加熱して収縮させ、密着させる方法等を挙げることができる。
【００４３】
次に、本発明のプロセスカートリッジについて説明する。
【００４４】
本発明のプロセスカートリッジは、本発明のローラを具備する。本発明のローラを帯電ローラとして具備するプロセスカートリッジの実施形態の一例を図３に示す。本発明のプロセスカートリッジは、上述したように、本発明のローラを具備することを特徴とするものであり、電子写真感光体、露光手段、現像手段、転写手段及びクリーニング手段等は、特に限定されるものではない。
【００４５】
図３に示した実施形態のプロセスカートリッジ２１においては、電子写真感光体１３は、矢印方向に所定の周速度で回転駆動される。電子写真感光体１３は回転過程において、一次帯電手段としての本発明の帯電ローラ１１によりその周面に正又は負の所定電位の均一帯電を受ける。次いで、スリット露光やレーザービーム走査露光などの像露光手段（不図示）からの画像露光１４を受ける。こうして電子写真感光体１３の周面に静電潜像が順次形成される。
【００４６】
形成された静電潜像は、次に現像手段１５によりトナー現像され、現像されたトナー像は電子写真感光体１３と転写手段１６との間に電子写真感光体１３の回転と同期取りされて不図示の給紙部から給紙された転写材１７に、転写手段１６によって順次転写される。
【００４７】
像転写を受けた転写材１７は、電子写真感光体１３面から分離されて像定着手段１８へ導入されて像定着を受け、複写物（コピー）として装置外へ排出される。
【００４８】
像転写後の電子写真感光体１３の表面は、クリーニング手段１９によって転写残りトナーの除去を受けて清浄面化され、繰り返し像形成に使用される。
【００４９】
前記例示では、帯電ローラとして使用した例を示したが、本発明のローラは現像手段１５内に設けた現像ローラ、転写手段１６内に設けた転写ローラ、現像手段１５内に現像ローラに当接して設けられた現像剤規制ローラ等にも使用することができる。
【実施例】
【００５０】
以下、実施例を挙げて説明をするが、本発明は本実施例により限定されるものではない。
【００５１】
融点測定には、「ＤＳＣ−６２００」（製品名、セイコーインスツルメンツ社製）を用い、装置検出部の温度補正はインジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正についてはインジウムの融解熱を用いる。サンプルはアルミニウム製のパンを用い対照用に空のパンをセットし、昇温速度１０℃／ｍｉｎで測定を行った。
【００５２】
（弾性層を有するローラの作製）
［ローラ作製例１］（ローラ１の作製）
導電性基体として、鉄材を押出成形により、直径６ｍｍの棒材に押出し、長さ２４４ｍｍに切断後、ニッケルによるメッキを厚さ約３μｍ施したものを用意した。次に、弾性層の材料として、下記材料を用意した。
【００５３】
エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）（商品名：「ＥＰＴ４０７０」、三井化学（株）製） １００質量部
カーボンブラック（商品名：「ケッチェンブラックＥＣ」、ライオン（株）製） １6質量部
パラフィンオイル（商品名：「ダイアナプロセスオイルＰＷ―３８０」、出光興産社製） １０質量部
炭酸カルシウム ４０質量部
酸化亜鉛 ５質量部
ステアリン酸 １質量部
硫黄 １．５質量部
テトラメチルチウラムジスルフィド（ＴＭＴD） １．５質量部
２−メルカプトベンゾチアゾール（ＭＢＴ） ０．５質量部
前記エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）に、前記カーボンブラック、加硫剤及びその他の添加剤を加え、２本ローラで混練分散し、ゴムコンパウンドを得た。得られたゴムコンパウンドを単軸押出機でチューブ状に押し出し、１６０℃、０．７ＭＰａの水蒸気中で３０分間加熱して加硫を行い、直径１２．５ｍｍ、長さ２４４ｍｍ、中心部に直径４ｍｍの孔を有する弾性チューブを作製した。表面に導電性接着剤を塗布した上記導電性基体上にこの弾性チューブを被覆し、続いて２００℃、０．７ＭＰａの水蒸気中で３０分間加硫した後、不要な端部のゴムを導電性基体の端面より１０ｍｍ内側にて両端カットして、不要な弾性チューブ端部を除いた。その後、研磨によって直径１１．５ｍｍの弾性層を有するローラ１（導電性支持部材）を得た。
【００５４】
（シームレスチューブの作製）
［チューブ作製例１］（チューブ１の作製）
チューブ１の外層（最表面層）を形成するための樹脂材料ペレットを次のようにして準備した。
【００５５】
アミド系の極性熱可塑性エラストマー（商品名：「ペバックス４０３３」、アトフィナジャパン社製） １００質量部
極性ワックス（商品名：「ユーメックス１０１０」、三洋化成工業（株）製 融点１４５℃） ５質量部
カーボンブラック（商品名：「スペシャルブラック５５０」 デグサ（株）） ７０質量部
酸化マグネシウム（商品名：「スターマグ」 神島化学（株）製） １０質量部
ステアリン酸カルシウム（商品名：「カルシウムステアレート」 日本油脂（株）製） １質量部
前記化合物を添加し、加圧式ニーダーを用いて２０℃以上２２０℃以下で溶融混練した後、冷却し、粉砕機で粉砕し、押出温度１４０℃以上２００℃以下で押出機を用いて造粒し、ペレットＡＯ１を作製した。
【００５６】
次にチューブ１の内層を形成するための樹脂材料ペレットを次のようにして準備した。
【００５７】
熱可塑性ポリウレタンエラストマー ＴＰＵ（商品名：「クラミロンＵ」、（株）クラレ製） １００質量部
カーボンブラック（商品名：「ケッチェンブラックＥＣ」、ライオン（株）製） １６質量部
酸化マグネシウム（商品名：「スターマグ」、神島化学（株）製） １０質量部
ステアリン酸カルシウム（商品名：「カルシウムステアレート」 日本油脂（株）製） １質量部
前記化合物を添加し、加圧式ニーダーを用いて１８０℃で１５分間混練した後、冷却し、粉砕機で粉砕し、押出温度１８０℃で押出機を用いて造粒し、ペレットＡＮ１を作製した。
【００５８】
次に、前記のペレットＡＯ１及びＡＮ１を用いてチューブ１を作製した。
【００５９】
図２に示される内径φ１６．５ｍｍのダイスと外径φ１８．５ｍｍのポイントを備えた二層押出機で、押出温度１６０℃、チューブ引き取り速度２．５ｍｍ／ｓで押し出し、成型を行った。その後、サイジング、冷却工程を経て、チューブ内径φ１１．１ｍｍ、最表面層の厚さ１００μｍ、内層の厚さ４００μｍ、長さ２５ｃｍのシームレスチューブ（チューブ１）を得た。
【００６０】
［チューブ作製例２］（チューブ２の作製）
外層材料に用いる主成分材料、極性ワックスとして、下記化合物を下記の配合量で配合した以外は、チューブ作製例１と同様にチューブ２を作製した。
【００６１】
エステル系の極性熱可塑性エラストマー（商品名：「ハイトレル３０４６」、東レデュポン社製） ６０質量部
スチレン系の非極性熱可塑性エラストマー（商品名：「ダイナロン４６００Ｐ」、ＪＳＲ（株）製） ４０質量部
極性ワックス（商品名：「ユーメックス２０００」、三洋化成工業（株）製 融点１０８℃） ５質量部
［チューブ作製例３］（チューブ３の作製）
外層材料に用いる主成分材料として、下記化合物を下記の配合量で配合した以外は、チューブ作製例２と同様にチューブ３を作製した。
【００６２】
ＡＢＳ樹脂（商品名：「テクノＡＢＳ１１０」、テクノポリマー（株）製） ７０質量部
スチレン系の非極性熱可塑性エラストマー（商品名：「ダイナロン４６００Ｐ」、ＪＳＲ（株）製） ３０質量部
［チューブ作製例４］（チューブ４の作製）
極性ワックスとして、（商品名：「ＮＰＳ−９２１０」日本精蝋（株）製 融点７４℃）５質量部を用いたこと以外は、チューブ作製例２と同様にチューブ４を作製した。
【００６３】
［チューブ作製例５］（チューブ５の作製）
外層材料に用いる主成分材料、極性ワックスとして、下記化合物を下記の配合量で配合した以外は、チューブ作製例１と同様にチューブ５を作製した。
【００６４】
スチレン系の非極性熱可塑性エラストマー（商品名：「ダイナロン４６００Ｐ」、ＪＳＲ（株）製） １００質量部
極性ワックス（商品名：「ユーメックス１０１０」、三洋化成工業（株）製 融点１４５℃）５質量部
［チューブ作製例６］（チューブ６の作製）
極性ワックスを用いなかったこと以外はチューブ作製例１と同様にして、チューブ６を作製した。
【００６５】
（実施例１、２、３）
前記チューブ作製例１、２、及び３にて得られたチューブ１、２及び３の各々を、前記ローラ作製例１にて作製したローラ１にチューブ被覆装置（不図示）により嵌め込み、圧密着させ、帯電ローラ１、２及び３の各々を作製した。
【００６６】
（比較例１、２、３）
前記チューブ作成例４、５及び６にて得られたチューブ４、５及び６の各々を用いたこと以外は実施例１と同様にして、帯電ローラ４、５及び６の各々を作製した。
【００６７】
前記実施例及び比較例で作製したチューブ及び帯電ローラについて次の評価を行った。
【００６８】
＜画像評価＞
実施例及び比較例で得られた帯電ローラを、プロセスカートリッジ（商品名：「ＬＢＰ３４００用カートリッジ」、キヤノン（株）製）に組み込む。前記プロセスカートリッジをレーザービームプリンター（商品名：「ＬＢＰ３４００」、キヤノン（株）製）に装着し、（２３±２℃、５５±５％ＲＨ）の条件の下で画像出しを行い、得られた画像を目視で検査し、下記基準に基づき評価した。
【００６９】
＜フィッシュ・アイの評価＞
前記画像出しにより得られた画像で、フィッシュ・アイによる黒ポチの有無を確認し、以下のように評価した。
【００７０】
○：黒ポチなし
△：黒ポチが軽微にみられた（実用不可）
×：黒ポチが多数みられた（実用不可）
＜ウェルドラインの評価＞
前記画像出しにより得られた画像で、ウェルドラインによる黒スジの有無を確認し、以下のように評価した。
【００７１】
○：黒スジなし
×：黒スジが顕著にみられる（実用不可）
＜チューブ形状の評価＞
前記画像出しにより得られた画像で、チューブ形状不良による画像ムラの有無を確認し、以下のように評価した。
【００７２】
○：画像ムラなし
△：画像ムラが軽微にみられる（実用不可）
×：画像ムラが顕著にみられる（実用不可）
以上の結果をまとめ、表１に示した。
【００７３】
表１の結果は、帯電ローラの被覆層の主成分が、極性樹脂又はエラストマーである場合、極性ワックスを含有すると、帯電ローラ表面のフィッシュ・アイが低減し、ウェルドラインの軽減及びチューブ形状が良化することを示している。また、これにより安定かつ良好な均一帯電特性と出力画像品質が得られる帯電ローラ及び該帯電ローラを有するプロセスカートリッジ及び電子写真装置を提供することが可能である。
【００７４】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明におけるローラの一例の、導電性基体に垂直な面における断面の該略を示す図である。
【図２】本発明におけるシームレスチューブの作製に用いる、チューブ押し出し装置の一例の概略構成図である。
【図３】本発明のプロセスカートリッジを装着した電子写真装置の該略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
Ａ 導電性基体
Ｂ 弾性層
Ｃ 被覆層
Ｄ 内層
Ｅ 外層（最表面層）
３（ｉ） 内部層
３（ｏ） 外部層
４ ダイス
５ 中央通孔
６ 押し出し流路
７ 押し出し流路
８ 第１押し出機
９ 第２押し出機
１０ 水冷リング
１１ 帯電ローラ
１２ 電源
１３ 電子写真感光体
１４ 画像露光
１５ 現像手段
１６ 転写手段
１７ 転写材
１８ 像定着手段
１９ クリーニング手段
２０ レール
２１ プロセスカートリッジ
２２ タイミングプーリー（チューブ引き取り装置部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基体の外周上に、弾性層と、該弾性層上に、単一又は複数の層からなる被覆層とを有するローラにおいて、該被覆層の主成分が、極性樹脂或いはエラストマーであり、該被覆層の少なくとも最表面層が、融点が９０℃以上１７０℃以下である極性ワックスを含有する層であることを特徴とするローラ。
【請求項２】
前記被覆層が、前記極性樹脂或いはエラストマー１００質量部に対して、極性ワックスを０．１質量部以上２０質量部以下含有する材料から形成されていることを特徴とする請求項１記載のローラ。
【請求項３】
前記被覆層が、単一又は複数の層からなるシームレスチューブを用いて形成されたものであることを特徴とする請求項１又は２記載のローラ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のローラを具備していることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載のローラを具備していることを特徴とする電子写真装置。
【請求項１】
導電性基体の外周上に、弾性層と、該弾性層上に、単一又は複数の層からなる被覆層とを有するローラにおいて、該被覆層の主成分が、極性樹脂或いはエラストマーであり、該被覆層の少なくとも最表面層が、融点が９０℃以上１７０℃以下である極性ワックスを含有する層であることを特徴とするローラ。
【請求項２】
前記被覆層が、前記極性樹脂或いはエラストマー１００質量部に対して、極性ワックスを０．１質量部以上２０質量部以下含有する材料から形成されていることを特徴とする請求項１記載のローラ。
【請求項３】
前記被覆層が、単一又は複数の層からなるシームレスチューブを用いて形成されたものであることを特徴とする請求項１又は２記載のローラ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のローラを具備していることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載のローラを具備していることを特徴とする電子写真装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−６９４９５（Ｐ２００９−６９４９５Ａ）
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２３８０３７（Ｐ２００７−２３８０３７）
【出願日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【出願人】（３９３００２６３４）キヤノン化成株式会社 (640)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【出願人】（３９３００２６３４）キヤノン化成株式会社 (640)
【Ｆターム（参考）】
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