帯電ローラー
【課題】ローラーの伸縮に対する電流変化が小さく、安定かつ良好な均一帯電性および出力画像品質が得られる帯電ローラーの提供。
【解決手段】支持部材と導電性被覆部材から構成される接触帯電ローラーにおいて、該導電性被覆部材を、非極性の樹脂またはエラストマーと極性の樹脂またはエラストマーとを含むシームレスチューブから形成する。
【解決手段】支持部材と導電性被覆部材から構成される接触帯電ローラーにおいて、該導電性被覆部材を、非極性の樹脂またはエラストマーと極性の樹脂またはエラストマーとを含むシームレスチューブから形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯電ローラーに関し、詳しくは、電子写真感光体に接触配置された導電性部材に電圧を印加することで電子写真感光体表面を所定の電位に帯電する接触帯電装置に用いられる帯電ローラーに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真法としては多数の方法が知られているが、一般には光導電性物質を利用し、種々の手段により感光体上に電気的潜像を形成し、次いで該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ものである。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】
従来、電子写真の帯電装置としては、コロナ帯電器が使用されてきた。近年、これに代って、接触帯電装置が実用化されてきている。これは、低オゾン、低消費電力を目的としており、この中でも特に帯電部材として導電ローラーを用いたローラー帯電方式が、帯電の安定性という点から好ましく用いられている。
【０００４】
ローラー帯電では、導電性の弾性ローラーを被帯電体に加圧当接させ、これに電圧を印加することによって被帯電体への帯電を行う。
【０００５】
具体的には、帯電は帯電部材から被帯電体への放電によって行われるため、ある閾値電圧以上の電圧を印加することによって帯電が開始される。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ーを加圧当接させた場合には、絶対値で約６４０Ｖ以上の電圧を印加すれば感光体の表面電位が上昇し始め、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ーにはＶｄ＋Ｖｔｈという画像形成自体に必要とされる以上のＤＣ電圧が必要となる。このようにしてＤＣ電圧のみを接触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接触帯電部材の抵抗値が変動し易いため、また、感光体が削れることによって膜厚が変化するとＶｔｈが変動するため、感光体の電位を所望の値にすることが難しかった。
【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接触帯電部材に印加するＡＣ＋ＤＣ帯電方式が用いられる。これは、ＡＣによる電位のならし効果を目的としたものであり、被帯電体の電位は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にくい。
【０００９】
帯電用の導電性部材としては、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層を形成した例が示されている（特許文献１参照）。更には、フッ素樹脂からなるシームレスチューブや（特許文献２参照）、導電性の異なる層構成よりなる多層チューブが開示されている（特許文献３参照）。帯電部材としての製造にかかる方法としては、前記従来技術として、挿入により形成する方法が挙げられている。また、クロスヘッド押し出し機を用いた表面形成方法が提案されている（特許文献４参照）。
【００１０】
このような、シームレスチューブにより帯電ローラーを形成する方法は、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、より均一な帯電ができ易い。
【００１１】
シームレスチューブに導電性を持たせる手法としては、一般的に塩を導電剤として用いるイオン伝導法とカーボンブラックや導電性金属酸化物、金属粉末などを導電剤として用いる電子伝導法とが挙げられる。イオン伝導により導電性を持たせた場合、抵抗値の環境変動が大きくなり易く、また、電子写真感光体と当接するため塩が感光体を汚染し易いといった問題がある。したがって、本発明においてはカーボンブラックを導電剤として用いた。
【００１２】
しかしながら、熱可塑性樹脂をベースとしたシームレスチューブを作製した場合、チューブ被覆時において下地の発泡層の大きさに伴うチューブ伸縮により抵抗が変化してしまった。また、環境の変化や時間の経過に伴う下地の発泡層の影響によってチューブが伸縮し、抵抗値が変化してしまうという問題もあった。
【００１３】
【特許文献１】米国特許第４，９６７，２３１号明細書
【特許文献２】特開平５−２３１３号公報
【特許文献３】特開平５−９６６４８号
【特許文献４】特開平６−５８３２５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従って、本発明は、ローラーの伸縮に対して電流値変化を小さくでき、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ー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】
即ち、本発明は、少なくとも支持部材と導電性被覆部材を有する帯電ローラーにおいて、該導電性被覆部材が（１）非極性の樹脂またはエラストマーと（２）極性の樹脂またはエラストマーとを少なくとも含有しているシームレスチューブで構成された帯電ローラーである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明においては、上記材料を含有することにより、チューブの伸縮による抵抗値の変化を抑え、安定かつ良好な均一な帯電特性と出力画像品質を得る帯電ローラーを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、更に詳細に本発明について説明する。
本発明の導電性被覆部材は、非極性の樹脂またはエラストマー、極性の樹脂またはエラストマー及び、導電剤としてのカーボンブラックとから構成されたシームレスチューブである。（１）該非極性の樹脂またはエラストマーと（２）該極性の樹脂またはエラストマーとの質量比は９５：５〜２０：８０の範囲にある。
【００１８】
該非極性の樹脂またはエラストマーとして、熱可塑性スチレン系エラストマーを挙げることでき、具体的には、ポリ（スチレン−水添ブタジエン−結晶オレフィン）３元ブロック共重合体（ＳＥＢＣ）、ポリ（スチレン−水添ブタジエン−スチレン）３元ブロック共重合体（ＳＥＢＳ）、ポリ（スチレン−ブタジエン−スチレン）３元ブロック共重合体（ＳＢＳ）、ポリ（スチレン−水添イソプレン）−スチレン）３元ブロック共重合体（ＳＥＰＳ）、ポリ（スチレン−ビニルイソプレン−スチレン）３元ブロック共重合体などがあげられる。
【００１９】
該極性の樹脂は少なくとも窒素または酸素を含む結合を含んでいる。該結合はウレタン系、アミド系、エステル系、アクリル系、及びエーテル系結合のうち少なくともいずれか一つの結合を含む。該極性の樹脂また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）共重合体などがあげられる。
【００２０】
極性官能基を有するスチレン共重合体の該極性官能基は少なくとも窒素または酸素を含む官能基である。この極性官能基は、ニトリル基、アミノ基、エポキシ基、ビニル基、フェノール基、カルボニル基またはカルボキシル基のいずれかである。極性官能基を有するスチレン共重合体としては、ポリ(アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）３元ブロック共重合体(ＡＢＳ）、ポリ(アクリロニトリル−スチレン）ブロック共重合体（ＡＳ）、ポリ(アクリロニトリル−エチレン・プロピレンゴム−スチレン)ブロック共重合体(ＡＥＳ)、ポリカーボネート樹脂、フェノール樹脂、ポリ(スチレン−ブタジエン・エポキシ）共重合体（ＥＳＢＳ）、ポリ(スチレン−エステル）共重合体などが挙げられる。
【００２１】
上記二つの成分の適正な含有比率は材料によって異なるが、熱可塑性スチレン系エラストマーの割合が多すぎると、伸びに対する抵抗変化量を抑える効果が弱まってしまう。一方、極性官能基を有するスチレン共重合体の割合が多すぎると、エラストマーとしての性質が弱まり、被服工程にて伸びない為にチューブが裂けてしまったり、割れてしまったりすることがあり帯電ローラーとして使用が困難であると言う問題が生じる。
【００２２】
また、必要に応じて上記材料の相溶性をよくするために、相溶化剤を用いてもよい。
【００２３】
導電性を持たせるために用いる該カーボンブラックの使用割合は、（１）該非極性の樹脂またはエラストマーと（２）極性の樹脂またはエラストマーの総質量に対して、１０〜６０質量％、好ましくは、２０〜４０質量％である。該カーボンブラックの割合が１０質量％より少ない場合、通電使用時の抵抗上昇が大きくなってしまうため、帯電ローラーとしての耐久性が悪くなる問題がある。一方、該カーボンブラックの割合が６０質量％より多い場合、チューブが硬くなりすぎ、弾性特性が悪く、被覆ができない問題がある。
【００２４】
カーボンブラック種としては、導電性被覆部材の抵抗値が、１×１０６〜１×１０１１Ω・ｃｍとなりかつ、上記含有量を満たしていればいずれのカーボンブラックでもよく、また、２種類以上のカーボンブラックを混合して用いてもよい。
【００２５】
本発明のカーボンブラックとしては、例えば市販品として、ケッチェンブラック（ライオンアクゾ社製）、Ｐｒｉｎｔｅｘ、Ｓｐｅｃｉａｌ Ｂｌａｃｋ、Ｃｏｌｏｒ Ｂｌａｃｋ（以上デグサ社製）、ＢＬＡＣＫ ＰＥＡＲＬＳ（キャボット社製）、旭カーボン（旭カーボン社製）、三菱カーボン（三菱化学社製）、デンカブラック（電気化学工業社製）、シースト、トーカブラック（以上東海カーボン社製）等が挙げられる。
【００２６】
その他添加剤としては、必要に応じて導電性充填剤、老化防止剤、軟化剤、可塑剤、補強剤、充填剤などが挙げられる。導電性充填剤としては、上記カーボンブラックを必須とし、その他にグラファイト、金属酸化物を使用してもよい。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。
【００２７】
次に本発明の導電性被覆層を形成するシームレスチューブの製造方法としては、まず非極性の樹脂またはエラストマー、極性の樹脂またはエラストマー、カーボンブラックを必要な添加剤とともに混練し、続いてペレット化する。次に得られたペレットを押出成形機によりシームレスチューブとする。そして、成形加工されたシームレスチューブを支持部材に被覆し、導電性部材とするのである。
【００２８】
支持部材にシームレスチューブを被覆するには、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大とし、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か、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とし、物理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かの手段がとられる。本発明によれば、前述のように製造するのに好ましいシームレスチューブを得ることができるので、結果として極めて優れた特性を有する導電性部材を提供することができる。 本発明におけるシームレスチューブの厚みには特に制限はないが、好ましくは１００〜６００μｍである。また、多層同時成形チューブとすることもできる。
【００２９】
本発明において用いられる、被覆される支持部材としての構成、材質あるいは製造方法を例示する。
【００３０】
その形態としては、弾性ローラーが用いられる。材質としては、導電性基体として、鉄、銅及びステンレススチール等の金属、カーボン分散樹脂、金属あるいは金属酸化物分散樹脂等が用いられ、その形状としては、棒状及び板状等が使用できる。例えば、弾性ローラーの構成としては、導電性基体上に弾性層を設け、更に導電層または抵抗層を設けたもの等が用いられ、弾性層としては、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またはスポンジや、スチレンブタジエン、ポリウレタン、ポリエステル及びエチレン−酢ビ等の熱可塑性樹脂で形成することができる。これらのゴムや樹脂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を含有させてもよい。
【００３１】
導電層としては、例えば、金属蒸着膜、導電性粒子分散樹脂及び導電性樹脂等が用いられ、具体例としては、アルミニウム、インジウム、ニッケル、銅及び鉄等の蒸着膜、導電性粒子分散樹脂の例としては、カーボン、アルミニウム、ニッケル及び酸化チタン等の導電性粒子をウレタン、ポリエステル、酢酸ビニル−塩化ビニル共重合体及びポリメタクリル酸メチル等の樹脂中に分散したもの等が挙げられる。導電性樹脂としては、４級アンモニウム塩含有ポリメタクリル酸メチル、ポリビニルアニリン、ポリビニルピロール、ポリジアセチレン及びポリエチレンイミン等が挙げられる。
【００３２】
抵抗層としては、導電性樹脂及び導電性粒子分散絶縁樹脂等を用いることができる。導電性樹脂としては、エチルセルロース、ニトロセルロース、メトキシメチル化ナイロン、エトキシメチル化ナイロン、共重合ナイロン、ポリビニルヒドリン及びカゼイン等の樹脂が用いられる。導電性粒子分散樹脂の例としては、カーボン、アルミニウム、酸化インジウム及び酸化チタン等の導電性粒子をウレタン、ポリエステル、酢酸ビニル−塩化ビニル共重合体及びポリメタクリル酸メチル等の絶縁性樹脂中に少量分散したもの等が挙げられる。
【００３３】
帯電ローラーとして、支持部材とシームレスチューブを有する本発明の構成のものは、製造安定性に優れ、従来安定生産が難しいとされた中抵抗領域を安定して生産できる。
【００３４】
本発明の帯電ローラー１’の構成の例を図１に示す。図中１は導電性基体、２は弾性体層、３が被覆層であり、３（ｉ）が導電層、３（ｏ）が本発明の導電性被覆層である。この場合、導電性基体１、弾性層２及び導電層３（ｉ）をまとめて支持部材と呼ぶ。
【実施例】
【００３５】
以下、特に本発明の被覆層の形成について説明する。なお、実施例及び比較例中の「部」は「質量部」を意味する。
【００３６】
実施例１−１
本実施例においては、シームレスチューブの形態で支持部材を被覆する導電性被覆部材の材料として、スチレン系の熱可塑性エラストマー（ダイナロン４６００Ｐ ＪＳＲ社製）４０部およびアミド系の熱可塑性エラストマー(ペバックス４０３３ アトフィナジャパン社製)６０部を使用し、さらにカーボンブラック（トーカブラック＃４３００ 東海カーボン社製）４０部、酸化マグネシウム１０部およびステアリン酸カルシウム１部を添加した。
【００３７】
上記材料を、加圧式ニーダーを用いて２０〜２２０℃で溶融混練した後、冷却し、粉砕機で粉砕し、単軸押出機を用いて１４０℃〜２００℃で造粒して導電性被覆部材(導電性被覆層）用のペレットを製造した。
【００３８】
また、二色チューブのチューブ内層用として、熱可塑性ポリウレタンエラストマー（ＴＰＵ）１００部にケッチェンブラックＥＣ１６部、酸化マグネシウム１０部、ステアリン酸カルシウム１部を添加し、加圧式ニーダーを用いて１８０℃で１５分間混練し、冷却粉砕後、造粒用押出機によりペレット化した。
【００３９】
上記の導電性被覆層用ペレットおよびチューブ内層用ペレットを用いて、内径φ１６．５ｍｍのダイスと外径φ１８．５ｍｍのポイントを備えた二色押出機で押し出し成形後、サイジング、冷却工程を経て、内径φ１１．１ｍｍ、外層の厚さ１００μｍ、内層の厚さ４００μｍのシームレスチューブに成形加工した。
【００４０】
実施例１−２
導電性被覆部材の材料として、アミド系の熱可塑性エラストマーに換えてエステル系の熱可塑性エラストマー(ハイトレル３０４６ 東レデュポン社製)を使用した以外は、実施例１−１と同様にしてペレットを製造し、該ペレットおよび実施例１−１で製造した内層用ペレットを用いて実施例１−１と同様にしてシームレスチューブを成形加工した。
【００４１】
比較例１−１
導電性被覆部材の材料として、アミド系の熱可塑性エラストマーに換えて耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ９１５２ ＰＳジャパン社製）６０部を使用し、カーボンブラックの添加量を４０部から３０部に変えた以外は、実施例１−１と同様にしてペレットを製造し、該ペレットおよび実施例１−１で製造した内層用ペレットを用いて実施例１−１と同様にしてシームレスチューブを成形加工した。
【００４２】
実施例２−１
導電性被覆部材の材料として、スチレン系の熱可塑性エラストマー（ダイナロン４６００Ｐ ＪＳＲ社製）６０部およびアクリロニトリル−スチレン共重合樹脂（ＳＡＮ−Ｒ テクノポリマー社製）４０部を使用し、さらにカーボンブラック（スペシャルブラック５５０ デグサヒュルスジャパン社製）を５０部、酸化マグネシウムを１０部、ステアリン酸カルシウムを１部添加した。
上記以外は、実施例１−１と同様にしてペレットを製造し、該ペレットおよび実施例１−１で製造した内層用ペレットを用いて実施例１−１と同様にしてシームレスチューブを成形加工した。
【００４３】
実施例２−２
導電性被覆部材の材料として、スチレン系の熱可塑性エラストマー（ダイナロン４６００Ｐ ＪＳＲ社製）８０部およびアクリロニトリル−スチレン共重合樹脂（ＳＡＮ−Ｒ テクノポリマー社製）２０部を使用した以外は、実施例２−１と同様にしてシームレスチューブを成形加工した。
【００４４】
実施例２−３
導電性被覆部材の材料として、スチレン系の熱可塑性エラストマー（ダイナロン４６００Ｐ ＪＳＲ社製）９０部およびアクリロニトリル−スチレン共重合樹脂（ＳＡＮ−Ｒ テクノポリマー社製）１０部を使用した以外は、実施例２−１と同様にしてシームレスチューブを成形加工した。
【００４５】
実施例２−４
導電性被覆部材の材料として、アクリロニトリル−スチレン共重合樹脂に換えてポリ（スチレン−ブタジエン・エポキシ）共重合体（エポフレンドＡ１０２０ ダイセル化学工業社製）を使用し、カーボンブラックの添加量を５０部から４０部に換えた以外は、実施例２−３と同様にしてシームレスチューブを成形加工した。
【００４６】
比較例２−１
導電性被覆部材の材料として、アクリロニトリル−スチレン共重合樹脂に換えて耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ９１５２ ＰＳジャパン社製）を使用した以外は、実施例２−２と同様にしてシームレスチューブを成形加工した。
【００４７】
図１に示す帯電ローラーは、ステンレススチール（ＳＵＳ）、めっき処理した鉄、黄銅及び導電性プラスチックなどの良導電性材料からなる導電性基体（芯金）１の外周に導電性の弾性材料からなる弾性体層（発泡弾性体層）２を設け、更にこの弾性体層２の外周に上記二色シームレスチューブを被覆したものである。なお、今回の評価ではチューブが十分伸びるように弾性体層の中央部外径をチューブ内径より１ｍｍ大きいφ１２．１ｍｍとした。図１の場合、導電層（内層）３（ｉ）が低抵抗導電層、導電性被覆層（外層）３（ｏ）が本発明に対応するチューブ構成となる。このローラーをプロセスカートリッジに組み込んで画出しを行った。
【００４８】
上記ローラーで形成された画像を評価した結果を表１に示す。極性の樹脂を使用する本発明の実施例では画像上問題ないが、比較例ではチューブの高抵抗化に起因する黒い帯状のムラが発生した。
【００４９】
シームレスチューブの伸びに対する抵抗値の変化の測定方法は次の通りである。成形加工された上記単層シームレスチューブを径違いのＳＵＳ棒（φ：１１．０、１１．２、１１．４、１１．６、１１．８、１２．０ｍｍ）に被覆し、温度２５℃、湿度５５％の環境に２４時間放置した。チューブの伸び率はそれぞれφ１１．０ｍｍ：０％、φ１１．２ｍｍ：０．９％、φ１１．４ｍｍ：２．７％、φ１１．６ｍｍ：４．５％、φ１１．８ｍｍ：６．３％、φ１２．０ｍｍ：８．１％となった。その後、各径違いのＳＵＳ棒をＳＵＳドラム（φ３０ｍｍ ）に当接させ、ＳＵＳドラムを３０ｒｐｍで回転させ、直流電圧を２００Ｖ印加したときの電流値を測定した。結果を図２および３に示す。また、ＳＵＳ棒径φ１１．０ｍｍとφ１２．０ｍｍのときの電流値の比率を表２に示す。
【００５０】
図２および３、および表２より、極性の樹脂を使用する本発明の実施例においては伸びに対する抵抗値変化が小さくなっている。一方、極性の樹脂を使用しない比較例においては抵抗変化が非常に大きくなっており、先述の画像評価でのムラの原因と考えられる。
【００５１】
【表１】
【００５２】
【表２】
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の帯電ローラーの構成を示す図である。
【図２】ＳＵＳ棒径とローラー電流値の関係を表す図である。
【図３】ＳＵＳ棒径とローラー電流値の関係を表す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯電ローラーに関し、詳しくは、電子写真感光体に接触配置された導電性部材に電圧を印加することで電子写真感光体表面を所定の電位に帯電する接触帯電装置に用いられる帯電ローラーに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真法としては多数の方法が知られているが、一般には光導電性物質を利用し、種々の手段により感光体上に電気的潜像を形成し、次いで該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ものである。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】
従来、電子写真の帯電装置としては、コロナ帯電器が使用されてきた。近年、これに代って、接触帯電装置が実用化されてきている。これは、低オゾン、低消費電力を目的としており、この中でも特に帯電部材として導電ローラーを用いたローラー帯電方式が、帯電の安定性という点から好ましく用いられている。
【０００４】
ローラー帯電では、導電性の弾性ローラーを被帯電体に加圧当接させ、これに電圧を印加することによって被帯電体への帯電を行う。
【０００５】
具体的には、帯電は帯電部材から被帯電体への放電によって行われるため、ある閾値電圧以上の電圧を印加することによって帯電が開始される。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ーを加圧当接させた場合には、絶対値で約６４０Ｖ以上の電圧を印加すれば感光体の表面電位が上昇し始め、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ーにはＶｄ＋Ｖｔｈという画像形成自体に必要とされる以上のＤＣ電圧が必要となる。このようにしてＤＣ電圧のみを接触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接触帯電部材の抵抗値が変動し易いため、また、感光体が削れることによって膜厚が変化するとＶｔｈが変動するため、感光体の電位を所望の値にすることが難しかった。
【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接触帯電部材に印加するＡＣ＋ＤＣ帯電方式が用いられる。これは、ＡＣによる電位のならし効果を目的としたものであり、被帯電体の電位は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にくい。
【０００９】
帯電用の導電性部材としては、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層を形成した例が示されている（特許文献１参照）。更には、フッ素樹脂からなるシームレスチューブや（特許文献２参照）、導電性の異なる層構成よりなる多層チューブが開示されている（特許文献３参照）。帯電部材としての製造にかかる方法としては、前記従来技術として、挿入により形成する方法が挙げられている。また、クロスヘッド押し出し機を用いた表面形成方法が提案されている（特許文献４参照）。
【００１０】
このような、シームレスチューブにより帯電ローラーを形成する方法は、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、より均一な帯電ができ易い。
【００１１】
シームレスチューブに導電性を持たせる手法としては、一般的に塩を導電剤として用いるイオン伝導法とカーボンブラックや導電性金属酸化物、金属粉末などを導電剤として用いる電子伝導法とが挙げられる。イオン伝導により導電性を持たせた場合、抵抗値の環境変動が大きくなり易く、また、電子写真感光体と当接するため塩が感光体を汚染し易いといった問題がある。したがって、本発明においてはカーボンブラックを導電剤として用いた。
【００１２】
しかしながら、熱可塑性樹脂をベースとしたシームレスチューブを作製した場合、チューブ被覆時において下地の発泡層の大きさに伴うチューブ伸縮により抵抗が変化してしまった。また、環境の変化や時間の経過に伴う下地の発泡層の影響によってチューブが伸縮し、抵抗値が変化してしまうという問題もあった。
【００１３】
【特許文献１】米国特許第４，９６７，２３１号明細書
【特許文献２】特開平５−２３１３号公報
【特許文献３】特開平５−９６６４８号
【特許文献４】特開平６−５８３２５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従って、本発明は、ローラーの伸縮に対して電流値変化を小さくでき、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ー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】
即ち、本発明は、少なくとも支持部材と導電性被覆部材を有する帯電ローラーにおいて、該導電性被覆部材が（１）非極性の樹脂またはエラストマーと（２）極性の樹脂またはエラストマーとを少なくとも含有しているシームレスチューブで構成された帯電ローラーである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明においては、上記材料を含有することにより、チューブの伸縮による抵抗値の変化を抑え、安定かつ良好な均一な帯電特性と出力画像品質を得る帯電ローラーを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、更に詳細に本発明について説明する。
本発明の導電性被覆部材は、非極性の樹脂またはエラストマー、極性の樹脂またはエラストマー及び、導電剤としてのカーボンブラックとから構成されたシームレスチューブである。（１）該非極性の樹脂またはエラストマーと（２）該極性の樹脂またはエラストマーとの質量比は９５：５〜２０：８０の範囲にある。
【００１８】
該非極性の樹脂またはエラストマーとして、熱可塑性スチレン系エラストマーを挙げることでき、具体的には、ポリ（スチレン−水添ブタジエン−結晶オレフィン）３元ブロック共重合体（ＳＥＢＣ）、ポリ（スチレン−水添ブタジエン−スチレン）３元ブロック共重合体（ＳＥＢＳ）、ポリ（スチレン−ブタジエン−スチレン）３元ブロック共重合体（ＳＢＳ）、ポリ（スチレン−水添イソプレン）−スチレン）３元ブロック共重合体（ＳＥＰＳ）、ポリ（スチレン−ビニルイソプレン−スチレン）３元ブロック共重合体などがあげられる。
【００１９】
該極性の樹脂は少なくとも窒素または酸素を含む結合を含んでいる。該結合はウレタン系、アミド系、エステル系、アクリル系、及びエーテル系結合のうち少なくともいずれか一つの結合を含む。該極性の樹脂また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）共重合体などがあげられる。
【００２０】
極性官能基を有するスチレン共重合体の該極性官能基は少なくとも窒素または酸素を含む官能基である。この極性官能基は、ニトリル基、アミノ基、エポキシ基、ビニル基、フェノール基、カルボニル基またはカルボキシル基のいずれかである。極性官能基を有するスチレン共重合体としては、ポリ(アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）３元ブロック共重合体(ＡＢＳ）、ポリ(アクリロニトリル−スチレン）ブロック共重合体（ＡＳ）、ポリ(アクリロニトリル−エチレン・プロピレンゴム−スチレン)ブロック共重合体(ＡＥＳ)、ポリカーボネート樹脂、フェノール樹脂、ポリ(スチレン−ブタジエン・エポキシ）共重合体（ＥＳＢＳ）、ポリ(スチレン−エステル）共重合体などが挙げられる。
【００２１】
上記二つの成分の適正な含有比率は材料によって異なるが、熱可塑性スチレン系エラストマーの割合が多すぎると、伸びに対する抵抗変化量を抑える効果が弱まってしまう。一方、極性官能基を有するスチレン共重合体の割合が多すぎると、エラストマーとしての性質が弱まり、被服工程にて伸びない為にチューブが裂けてしまったり、割れてしまったりすることがあり帯電ローラーとして使用が困難であると言う問題が生じる。
【００２２】
また、必要に応じて上記材料の相溶性をよくするために、相溶化剤を用いてもよい。
【００２３】
導電性を持たせるために用いる該カーボンブラックの使用割合は、（１）該非極性の樹脂またはエラストマーと（２）極性の樹脂またはエラストマーの総質量に対して、１０〜６０質量％、好ましくは、２０〜４０質量％である。該カーボンブラックの割合が１０質量％より少ない場合、通電使用時の抵抗上昇が大きくなってしまうため、帯電ローラーとしての耐久性が悪くなる問題がある。一方、該カーボンブラックの割合が６０質量％より多い場合、チューブが硬くなりすぎ、弾性特性が悪く、被覆ができない問題がある。
【００２４】
カーボンブラック種としては、導電性被覆部材の抵抗値が、１×１０６〜１×１０１１Ω・ｃｍとなりかつ、上記含有量を満たしていればいずれのカーボンブラックでもよく、また、２種類以上のカーボンブラックを混合して用いてもよい。
【００２５】
本発明のカーボンブラックとしては、例えば市販品として、ケッチェンブラック（ライオンアクゾ社製）、Ｐｒｉｎｔｅｘ、Ｓｐｅｃｉａｌ Ｂｌａｃｋ、Ｃｏｌｏｒ Ｂｌａｃｋ（以上デグサ社製）、ＢＬＡＣＫ ＰＥＡＲＬＳ（キャボット社製）、旭カーボン（旭カーボン社製）、三菱カーボン（三菱化学社製）、デンカブラック（電気化学工業社製）、シースト、トーカブラック（以上東海カーボン社製）等が挙げられる。
【００２６】
その他添加剤としては、必要に応じて導電性充填剤、老化防止剤、軟化剤、可塑剤、補強剤、充填剤などが挙げられる。導電性充填剤としては、上記カーボンブラックを必須とし、その他にグラファイト、金属酸化物を使用してもよい。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。
【００２７】
次に本発明の導電性被覆層を形成するシームレスチューブの製造方法としては、まず非極性の樹脂またはエラストマー、極性の樹脂またはエラストマー、カーボンブラックを必要な添加剤とともに混練し、続いてペレット化する。次に得られたペレットを押出成形機によりシームレスチューブとする。そして、成形加工されたシームレスチューブを支持部材に被覆し、導電性部材とするのである。
【００２８】
支持部材にシームレスチューブを被覆するには、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大とし、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か、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とし、物理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かの手段がとられる。本発明によれば、前述のように製造するのに好ましいシームレスチューブを得ることができるので、結果として極めて優れた特性を有する導電性部材を提供することができる。 本発明におけるシームレスチューブの厚みには特に制限はないが、好ましくは１００〜６００μｍである。また、多層同時成形チューブとすることもできる。
【００２９】
本発明において用いられる、被覆される支持部材としての構成、材質あるいは製造方法を例示する。
【００３０】
その形態としては、弾性ローラーが用いられる。材質としては、導電性基体として、鉄、銅及びステンレススチール等の金属、カーボン分散樹脂、金属あるいは金属酸化物分散樹脂等が用いられ、その形状としては、棒状及び板状等が使用できる。例えば、弾性ローラーの構成としては、導電性基体上に弾性層を設け、更に導電層または抵抗層を設けたもの等が用いられ、弾性層としては、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またはスポンジや、スチレンブタジエン、ポリウレタン、ポリエステル及びエチレン−酢ビ等の熱可塑性樹脂で形成することができる。これらのゴムや樹脂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を含有させてもよい。
【００３１】
導電層としては、例えば、金属蒸着膜、導電性粒子分散樹脂及び導電性樹脂等が用いられ、具体例としては、アルミニウム、インジウム、ニッケル、銅及び鉄等の蒸着膜、導電性粒子分散樹脂の例としては、カーボン、アルミニウム、ニッケル及び酸化チタン等の導電性粒子をウレタン、ポリエステル、酢酸ビニル−塩化ビニル共重合体及びポリメタクリル酸メチル等の樹脂中に分散したもの等が挙げられる。導電性樹脂としては、４級アンモニウム塩含有ポリメタクリル酸メチル、ポリビニルアニリン、ポリビニルピロール、ポリジアセチレン及びポリエチレンイミン等が挙げられる。
【００３２】
抵抗層としては、導電性樹脂及び導電性粒子分散絶縁樹脂等を用いることができる。導電性樹脂としては、エチルセルロース、ニトロセルロース、メトキシメチル化ナイロン、エトキシメチル化ナイロン、共重合ナイロン、ポリビニルヒドリン及びカゼイン等の樹脂が用いられる。導電性粒子分散樹脂の例としては、カーボン、アルミニウム、酸化インジウム及び酸化チタン等の導電性粒子をウレタン、ポリエステル、酢酸ビニル−塩化ビニル共重合体及びポリメタクリル酸メチル等の絶縁性樹脂中に少量分散したもの等が挙げられる。
【００３３】
帯電ローラーとして、支持部材とシームレスチューブを有する本発明の構成のものは、製造安定性に優れ、従来安定生産が難しいとされた中抵抗領域を安定して生産できる。
【００３４】
本発明の帯電ローラー１’の構成の例を図１に示す。図中１は導電性基体、２は弾性体層、３が被覆層であり、３（ｉ）が導電層、３（ｏ）が本発明の導電性被覆層である。この場合、導電性基体１、弾性層２及び導電層３（ｉ）をまとめて支持部材と呼ぶ。
【実施例】
【００３５】
以下、特に本発明の被覆層の形成について説明する。なお、実施例及び比較例中の「部」は「質量部」を意味する。
【００３６】
実施例１−１
本実施例においては、シームレスチューブの形態で支持部材を被覆する導電性被覆部材の材料として、スチレン系の熱可塑性エラストマー（ダイナロン４６００Ｐ ＪＳＲ社製）４０部およびアミド系の熱可塑性エラストマー(ペバックス４０３３ アトフィナジャパン社製)６０部を使用し、さらにカーボンブラック（トーカブラック＃４３００ 東海カーボン社製）４０部、酸化マグネシウム１０部およびステアリン酸カルシウム１部を添加した。
【００３７】
上記材料を、加圧式ニーダーを用いて２０〜２２０℃で溶融混練した後、冷却し、粉砕機で粉砕し、単軸押出機を用いて１４０℃〜２００℃で造粒して導電性被覆部材(導電性被覆層）用のペレットを製造した。
【００３８】
また、二色チューブのチューブ内層用として、熱可塑性ポリウレタンエラストマー（ＴＰＵ）１００部にケッチェンブラックＥＣ１６部、酸化マグネシウム１０部、ステアリン酸カルシウム１部を添加し、加圧式ニーダーを用いて１８０℃で１５分間混練し、冷却粉砕後、造粒用押出機によりペレット化した。
【００３９】
上記の導電性被覆層用ペレットおよびチューブ内層用ペレットを用いて、内径φ１６．５ｍｍのダイスと外径φ１８．５ｍｍのポイントを備えた二色押出機で押し出し成形後、サイジング、冷却工程を経て、内径φ１１．１ｍｍ、外層の厚さ１００μｍ、内層の厚さ４００μｍのシームレスチューブに成形加工した。
【００４０】
実施例１−２
導電性被覆部材の材料として、アミド系の熱可塑性エラストマーに換えてエステル系の熱可塑性エラストマー(ハイトレル３０４６ 東レデュポン社製)を使用した以外は、実施例１−１と同様にしてペレットを製造し、該ペレットおよび実施例１−１で製造した内層用ペレットを用いて実施例１−１と同様にしてシームレスチューブを成形加工した。
【００４１】
比較例１−１
導電性被覆部材の材料として、アミド系の熱可塑性エラストマーに換えて耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ９１５２ ＰＳジャパン社製）６０部を使用し、カーボンブラックの添加量を４０部から３０部に変えた以外は、実施例１−１と同様にしてペレットを製造し、該ペレットおよび実施例１−１で製造した内層用ペレットを用いて実施例１−１と同様にしてシームレスチューブを成形加工した。
【００４２】
実施例２−１
導電性被覆部材の材料として、スチレン系の熱可塑性エラストマー（ダイナロン４６００Ｐ ＪＳＲ社製）６０部およびアクリロニトリル−スチレン共重合樹脂（ＳＡＮ−Ｒ テクノポリマー社製）４０部を使用し、さらにカーボンブラック（スペシャルブラック５５０ デグサヒュルスジャパン社製）を５０部、酸化マグネシウムを１０部、ステアリン酸カルシウムを１部添加した。
上記以外は、実施例１−１と同様にしてペレットを製造し、該ペレットおよび実施例１−１で製造した内層用ペレットを用いて実施例１−１と同様にしてシームレスチューブを成形加工した。
【００４３】
実施例２−２
導電性被覆部材の材料として、スチレン系の熱可塑性エラストマー（ダイナロン４６００Ｐ ＪＳＲ社製）８０部およびアクリロニトリル−スチレン共重合樹脂（ＳＡＮ−Ｒ テクノポリマー社製）２０部を使用した以外は、実施例２−１と同様にしてシームレスチューブを成形加工した。
【００４４】
実施例２−３
導電性被覆部材の材料として、スチレン系の熱可塑性エラストマー（ダイナロン４６００Ｐ ＪＳＲ社製）９０部およびアクリロニトリル−スチレン共重合樹脂（ＳＡＮ−Ｒ テクノポリマー社製）１０部を使用した以外は、実施例２−１と同様にしてシームレスチューブを成形加工した。
【００４５】
実施例２−４
導電性被覆部材の材料として、アクリロニトリル−スチレン共重合樹脂に換えてポリ（スチレン−ブタジエン・エポキシ）共重合体（エポフレンドＡ１０２０ ダイセル化学工業社製）を使用し、カーボンブラックの添加量を５０部から４０部に換えた以外は、実施例２−３と同様にしてシームレスチューブを成形加工した。
【００４６】
比較例２−１
導電性被覆部材の材料として、アクリロニトリル−スチレン共重合樹脂に換えて耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ９１５２ ＰＳジャパン社製）を使用した以外は、実施例２−２と同様にしてシームレスチューブを成形加工した。
【００４７】
図１に示す帯電ローラーは、ステンレススチール（ＳＵＳ）、めっき処理した鉄、黄銅及び導電性プラスチックなどの良導電性材料からなる導電性基体（芯金）１の外周に導電性の弾性材料からなる弾性体層（発泡弾性体層）２を設け、更にこの弾性体層２の外周に上記二色シームレスチューブを被覆したものである。なお、今回の評価ではチューブが十分伸びるように弾性体層の中央部外径をチューブ内径より１ｍｍ大きいφ１２．１ｍｍとした。図１の場合、導電層（内層）３（ｉ）が低抵抗導電層、導電性被覆層（外層）３（ｏ）が本発明に対応するチューブ構成となる。このローラーをプロセスカートリッジに組み込んで画出しを行った。
【００４８】
上記ローラーで形成された画像を評価した結果を表１に示す。極性の樹脂を使用する本発明の実施例では画像上問題ないが、比較例ではチューブの高抵抗化に起因する黒い帯状のムラが発生した。
【００４９】
シームレスチューブの伸びに対する抵抗値の変化の測定方法は次の通りである。成形加工された上記単層シームレスチューブを径違いのＳＵＳ棒（φ：１１．０、１１．２、１１．４、１１．６、１１．８、１２．０ｍｍ）に被覆し、温度２５℃、湿度５５％の環境に２４時間放置した。チューブの伸び率はそれぞれφ１１．０ｍｍ：０％、φ１１．２ｍｍ：０．９％、φ１１．４ｍｍ：２．７％、φ１１．６ｍｍ：４．５％、φ１１．８ｍｍ：６．３％、φ１２．０ｍｍ：８．１％となった。その後、各径違いのＳＵＳ棒をＳＵＳドラム（φ３０ｍｍ ）に当接させ、ＳＵＳドラムを３０ｒｐｍで回転させ、直流電圧を２００Ｖ印加したときの電流値を測定した。結果を図２および３に示す。また、ＳＵＳ棒径φ１１．０ｍｍとφ１２．０ｍｍのときの電流値の比率を表２に示す。
【００５０】
図２および３、および表２より、極性の樹脂を使用する本発明の実施例においては伸びに対する抵抗値変化が小さくなっている。一方、極性の樹脂を使用しない比較例においては抵抗変化が非常に大きくなっており、先述の画像評価でのムラの原因と考えられる。
【００５１】
【表１】
【００５２】
【表２】
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の帯電ローラーの構成を示す図である。
【図２】ＳＵＳ棒径とローラー電流値の関係を表す図である。
【図３】ＳＵＳ棒径とローラー電流値の関係を表す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも支持部材と導電性被覆部材を有する帯電ローラーにおいて、該導電性被覆部材が（１）非極性の樹脂またはエラストマーと（２）極性の樹脂またはエラストマーとを少なくとも含有しているシームレスチューブで構成されることを特徴とする帯電ローラー。
【請求項２】
前記（１）非極性の樹脂またはエラストマーがスチレン系熱可塑性エラストマーであり、そして前記（２）極性の樹脂またはエラストマーが極性官能基を有するスチレン共重合体からなる熱可塑性樹脂または熱可塑性エラストマーである請求項１に記載の帯電ローラー。
【請求項３】
（１）該非極性の樹脂またはエラストマーと（２）該極性の樹脂またはエラストマーとの質量比が９５：５〜２０：８０の範囲にある請求項１に記載の帯電ローラー。
【請求項４】
該極性の樹脂が少なくとも窒素または酸素を含む結合からなる請求項１に記載の帯電ローラー。
【請求項５】
該前記窒素または酸素を含む結合がウレタン系、アミド系、エステル系、アクリル系、及びエーテル系結合からなる群より選ばれる少なくとも一つを含む請求項４に記載の帯電ローラー。
【請求項６】
前記極性官能基を有するスチレン共重合体の該官能基が少なくとも窒素または酸素を含む官能基である請求項２に記載の帯電ローラー。
【請求項７】
前記官能基がニトリル基、アミノ基、エポキシ基、ビニル基、フェノール基、カルボニル基およびカルボキシル基からなる郡より選ばれる少なくいとも１つの基である請求項６に記載の帯電ローラー。
【請求項８】
該導電性被覆部材がカーボンブラックを含有している請求項１に記載の帯電ローラー。
【請求項１】
少なくとも支持部材と導電性被覆部材を有する帯電ローラーにおいて、該導電性被覆部材が（１）非極性の樹脂またはエラストマーと（２）極性の樹脂またはエラストマーとを少なくとも含有しているシームレスチューブで構成されることを特徴とする帯電ローラー。
【請求項２】
前記（１）非極性の樹脂またはエラストマーがスチレン系熱可塑性エラストマーであり、そして前記（２）極性の樹脂またはエラストマーが極性官能基を有するスチレン共重合体からなる熱可塑性樹脂または熱可塑性エラストマーである請求項１に記載の帯電ローラー。
【請求項３】
（１）該非極性の樹脂またはエラストマーと（２）該極性の樹脂またはエラストマーとの質量比が９５：５〜２０：８０の範囲にある請求項１に記載の帯電ローラー。
【請求項４】
該極性の樹脂が少なくとも窒素または酸素を含む結合からなる請求項１に記載の帯電ローラー。
【請求項５】
該前記窒素または酸素を含む結合がウレタン系、アミド系、エステル系、アクリル系、及びエーテル系結合からなる群より選ばれる少なくとも一つを含む請求項４に記載の帯電ローラー。
【請求項６】
前記極性官能基を有するスチレン共重合体の該官能基が少なくとも窒素または酸素を含む官能基である請求項２に記載の帯電ローラー。
【請求項７】
前記官能基がニトリル基、アミノ基、エポキシ基、ビニル基、フェノール基、カルボニル基およびカルボキシル基からなる郡より選ばれる少なくいとも１つの基である請求項６に記載の帯電ローラー。
【請求項８】
該導電性被覆部材がカーボンブラックを含有している請求項１に記載の帯電ローラー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−１１９６１１（Ｐ２００６−１１９６１１Ａ）
【公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２６４８３６（Ｐ２００５−２６４８３６）
【出願日】平成１７年９月１３日（２００５．９．１３）
【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１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月１３日（２００５．９．１３）
【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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