説明

帯電ローラー

【課題】シームレスチューブを用いた帯電ローラーにおいて、ローラー端部と中央部で帯電性の差が無く、均一に帯電させることにより、少ない放電量で良好な画像を形成できる帯電ローラーを提供する。
【解決手段】本発明は、支持部材と、該支持部材上に被覆された導電性被覆部材とを少なくとも有する帯電ローラーであって、中央部の直径が端部の直径より大きいクラウン形状の帯電ローラーにおいて、該導電性被覆部材が、スチレン系熱可塑性エラストマーと、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ており、該クラウン形状のクラウン量(該帯電ローラーの中央部と端部の直径差)が、中央部の直径に対して0.0%より大きく1.5%以下の範囲にあることを特徴とする帯電ローラーである。

【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】
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(例えば特許文献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(例えば特許文献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(例えば特許文献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、クロスヘッド押出し機を用いた表面形成方法が提案されている(例えば特許文献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、より均一な帯電が行い易い。
【0011】
シームレスチューブに導電性を付与する手法としては、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付与した場合、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。
【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、下地である発泡層の層厚の違いに伴うチューブ伸縮により抵抗が変化してしまった。そのため、できるだけチューブ伸縮しないように発泡層の外径とチューブの内径の差を小さくする必要があった。また一方、帯電ローラーと被帯電体とを均一に当接するためにはローラーの中央部の直径を端部の直径より大きくする必要があり、そのため下地の発泡層にクラウン形状をつけ中央部の直径を大きくする必要がある。
【特許文献1】米国特許4,967,231号公報
【特許文献2】特開平5−2313号公報
【特許文献3】特開平5−96648号公報
【特許文献4】特開平6−58325号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
従って、本発明は、ローラーのチューブの伸縮に対して電流値変化が小さくでき、かつローラーに適量のクラウンを設けることにより、安定で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】
【0014】
本発明は、支持部材と、該支持部材上に被覆された導電性被覆部材とを少なくとも有する帯電ローラーであって、中央部の直径が端部の直径より大きいクラウン形状の帯電ローラーにおいて、該導電性被覆部材が、スチレン系熱可塑性エラストマーと、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ており、該クラウン形状のクラウン量(該帯電ローラーの中央部と端部の直径差)が、中央部の直径に対して0.0%より大きく1.5%以下の範囲にあることを特徴とする帯電ローラーである。
【0015】
また、本発明は、該スチレン系熱可塑性エラストマーと、該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との比率が、質量基準で95:5〜20:80の範囲にある上記帯電ローラーである。
【0016】
該極性官能基が少なくとも窒素または酸素元素を含む上記帯電ローラーである。
【0017】
また、本発明は、該極性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、カルボキシル基のいずれかである上記帯電ローラーである。
【0018】
また、本発明は、該シームレスチューブに導電性を持たせるためにカーボンブラックを含有している上記帯電ローラーである。
【0019】
また、本発明は、該カーボンブラックの含有量が10〜60質量%である上記帯電ローラーである。
【0020】
また、本発明は、該支持部材のクラウン量が、該帯電ローラーのクラウン量よりも0.10mm以上大きい上記帯電ローラーである。
【発明の効果】
【0021】
本発明においては、上記材料を含有し適正なクラウン量を設けることにより、ローラーのチューブの伸縮に対して電流値変化が小さくでき、かつローラーに適量のクラウンを設けることにより、被帯電体への均一な当接が達成でき、安定で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ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0022】
以下、更に詳細に本発明について説明する。
【0023】
本発明は、支持部材と、該支持部材上に被覆された導電性被覆部材とを少なくとも有する帯電ローラーであって、中央部の直径が端部の直径より大きいクラウン形状の帯電ローラーにおいて、該導電性被覆部材が、スチレン系熱可塑性エラストマーと、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ており、該クラウン形状のクラウン量(該帯電ローラーの中央部と端部の直径差)が、中央部の直径に対して0.0%より大きく1.5%以下の範囲にあることを特徴とする帯電ローラーである。
【0024】
クラウン量が0.0%以下であるとローラー端部と被帯電体との接触が大きくなりすぎ帯電不良を生じる。1.5%より大きいとローラー中央部にて同様の帯電不良を生じる。
【0025】
また、該支持部材のクラウン量が、該帯電ローラーのクラウン量よりも0.10mm未満大きい場合支持部材とシームレスチューブの密着が弱くなり、画像出し中にチューブがずれ画像不良が起こることがある。
【0026】
本発明の導電性被覆部材は、具体的には、スチレン系熱可塑性エラストマーとして、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挙げられる。
【0027】
一方の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。
【0028】
2成分の適正な含有比率は材料によって量が異なるが、スチレン系熱可塑性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ことがある。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、被覆工程において伸びないため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になる傾向がある。該スチレン系熱可塑性エラストマーと、該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との比率は、質量基準で95:5〜20:80の範囲にあることが好ましい。
【0029】
導電性を持たせるために用いるカーボンブラックの使用割合は、好ましくは10〜60質量%、より好ましくは、20〜40質量%である。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り易いため、帯電ローラーとしての耐久性が劣る傾向がある。一方、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、被覆が困難になる傾向がある。
【0030】
カーボンブラック種は導電性被覆部材の抵抗値が、1×10〜1×1011Ω・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。
【0031】
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。
【0032】
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、酸化亜鉛などが挙げられる。
【0033】
次に、本発明の導電性被覆部材を形成するシームレスチューブの製造方法としては、まずスチレン系熱可塑性エラストマー、極性官能基を有するスチレン共重合体、カーボンブラックを必要な添加剤と共に混練し、続いてペレット化する。次に、得られたペレットを押出し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。
【0034】
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。本発明は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。
【0035】
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なんら制限されるものではない。
【0036】
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。
【0037】
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−酢酸ビニル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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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は芯金(導電性基体)、2は弾性層、3が機能性複層膜の被覆層であり、3(i)が内部層の導電層であり、3(o)が外部層の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】
【0042】
以下、本発明を実施例により説明する。実施例中、「部」は質量部を示す。
【0043】
[実施例1]
以下、特に本発明の被覆層の形成について説明する。
【0044】
本発明においては、シームレスチューブの形態で被覆される導電性被覆部材の材料は、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)をベースとしアクリロニトリル−スチレン共重合樹脂(SAN−R テクノポリマー社製)を有する。スチレン系の熱可塑性エラストマー樹脂の質量とアクリロニトリル−スチレン共重合樹脂の質量の和を100部となるように前者を60部、後者を40部とし、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部添加している。
【0045】
該最表面層の樹脂と顔料は加圧式ニーダーを用いて20〜220℃で溶融混練した後、冷却、粉砕機で粉砕し、単軸押出し機を用いて140℃〜200℃で造粒したペレットを使用する。
【0046】
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し機によりペレット化した。
【0047】
上記のペレットを用いて、内径φ18.5mmのダイスと外径φ16.5mmのポイントを備えた二色押出し機で押出し成形後、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型加工した。
【0048】
これとは別にφ6.0mm、長さ259mmの芯金上にカーボンを配合したEPDM発泡弾性ゴム層を形成し、研磨することによって端部φ11.20mm、中央部φ11.50mm、長さ230mmの発泡弾性ゴム層をもつ支持部材を得た。
【0049】
この支持部材とシームレスチューブを特開平11−125952号公報で示される方法に従い被覆し図1に示される帯電ローラーを得た。
【0050】
すなわち、支持部材にエアー圧によってシームレスチューブを嵌め込み圧密着させた。
【0051】
このとき帯電ローラーの中央部の直径は12.30mmであり、クラウン量は直径の0.65%にあたる80μmであった。
【0052】
[実施例2]
実施例1にならってシームレスチューブを成型し、端部φ11.20mm、中央部φ11.35mmの支持部材に被覆した。このとき帯電ローラーの中央部の直径は12.25mmであり、クラウン量は直径の0.02%にあたる3μmであった。
【0053】
[実施例3]
実施例1にならってシームレスチューブを成型し、端部φ11.20mm、中央部φ11.70mmの支持部材に被覆した。このとき帯電ローラーの中央部の直径は12.35mmであり、クラウン量は直径の1.46%にあたる180μmであった。
【0054】
[比較例1]
実施例1にならってシームレスチューブを成型し、端部φ11.20mm、中央部φ11.15mmの支持部材に被覆した。このとき帯電ローラーの中央部の直径は12.25mmであり、クラウン量は直径の−0.08%にあたる−10μmであった。
【0055】
[比較例2]
実施例1にならってシームレスチューブを成型し、端部φ11.20mm、中央部φ12.20mmの支持部材に被覆した。このとき帯電ローラーの中央部の直径は12.40mmであり、クラウン量は直径の1.61%にあたる200μmであった。
【0056】
[比較例3]
シームレスチューブの形態で被覆される導電性被覆部材の材料は、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、耐衝撃性ポリスチレン(HIPS9152 PSジャパン社製)40部、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40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部添加している。
【0057】
実施例1にならって混練、造粒、チューブ化し、端部φ11.20mm、中央部φ11.50mmの支持部材に被覆した。このとき帯電ローラーの中央部の直径は12.30mmであり、クラウン量は直径の0.65%にあたる80μmであった。
【0058】
上記ローラーで画像評価した結果を表1に示す。なお画像評価は電子写真装置本体とプロセスカートリッジを使用し、外部電源を用いAC帯電にて放電量が30μAになるようにAC電圧を調整して行った。画像評価はハーフトーン画像パターンにおいて画像上に帯電不良による白ポチがないものを◎、ほとんどないものを○、少しあるものを△、多量にあるものを×とした。極性基を含有したバインダー構成であり、適正なクラウン量の実施例1,2,3では画像上問題ないが、クラウン量が適正ではない比較例1,2および導電性被覆部材に極性基を含有しないバインダー構成である比較例3では画像上多数の白ポチが発生した。
【0059】
表1より、極性官能基を含有するバインダー構成であると、クラウン量の適正化により被帯電体に均一に当接し、少ない放電量でも良好な画像が得られた。一方、極性官能基を含まない比較例3では中央部の抵抗が高くなったため、少ない放電量では中央部に帯電不良が見られる。
【0060】
【表1】

◎……帯電不良起因の白ポチの無いもの
○……帯電不良起因の白ポチがほとんどないもの
△……帯電不良起因の白ポチが少しあるもの
×……帯電不良起因の白ポチが多数あるもの
【図面の簡単な説明】
【0061】
【図1】本発明において実施した帯電ローラーの構成図。
【符号の説明】
【0062】
1’ ;帯電部材
1 ;芯金
2 ;発泡弾性層
3 ;機能性複層膜
3(i) ;内部層
3(o) ;外部層

【特許請求の範囲】
【請求項1】
支持部材と、該支持部材上に被覆された導電性被覆部材とを少なくとも有する帯電ローラーであって、中央部の直径が端部の直径より大きいクラウン形状の帯電ローラーにおいて、
該導電性被覆部材が、スチレン系熱可塑性エラストマーと、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ており、該クラウン形状のクラウン量(該帯電ローラーの中央部と端部の直径差)が、中央部の直径に対して0.0%より大きく1.5%以下の範囲にあることを特徴とする帯電ローラー。
【請求項2】
該スチレン系熱可塑性エラストマーと、該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との比率が、質量基準で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3】
該極性官能基が少なくとも窒素または酸素元素を含む請求項1または2に記載の帯電ローラー。
【請求項4】
該極性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、カルボキシル基のいずれかである請求項1または2に記載の帯電ローラー。
【請求項5】
該シームレスチューブに導電性を持たせるためにカーボンブラックを含有している請求項1〜4のいずれかに記載の帯電ローラー。
【請求項6】
該カーボンブラックの含有量が10〜60質量%である請求項5に記載の帯電ローラー。
【請求項7】
該支持部材のクラウン量が、該帯電ローラーのクラウン量よりも0.10mm以上大きい請求項1〜6のいずれかに記載の帯電ローラー。

【図1】
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【公開番号】特開2006−323163(P2006−323163A)
【公開日】平成18年11月30日(2006.11.30)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−146643(P2005−146643)
【出願日】平成17年5月19日(2005.5.19)
【出願人】(393002634)キヤノン化成株式会社 (640)
【Fターム(参考)】