説明

帯電ロール、及び該帯電ロールを有するプロセスカートリッジ及び電子写真装置

【課題】ロール表面へのトナー及び外添剤の付着を防止し、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ル、及び該帯電ロール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にある。
【解決手段】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ルにおいて、該導電性被覆部材の表面自由エネルギーが30mN/m以上であり、かつその表面全面に粒子径が3.0μm以下の有機または無機微粒子の層を形成したことを特徴とする帯電ロールと、それを用いたプロセスカートリッジ及び電子写真装置。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、導電性部材及び該導電性部材を有するプロセスカートリッジ及び電子写真装置に関し、詳しくは、電子写真感光体に接触配置された帯電ロール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帯電ロール、及び該帯電ロールを有する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ルを用いたロール帯電方式が、帯電の安定性という点から好ましく用いられている。
【0004】
ロール帯電では、導電性の弾性ロール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)に対して帯電ロール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ルには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面層を形成した例がある(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が開示され、導電性の異なる層構成よりなる多層チューブも開示されている。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も提案されている。
【0010】
このような、シームレスチューブにより帯電ロールを形成する方法は、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、均一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】
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。また、多層同時成形チューブとすることも可能である(例えば、特許文献2参照。)。
【0012】
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。
【0013】
さらに、接触式の帯電ロールに関し、ロール表面へのトナー及び外添剤が付着しやすいと、ロール表面への付着により、抵抗値変化やそのばらつきが生じ、安定かつ良好な均一帯電特性と出力画像品質を得る帯電ロールを提供することが困難であった。これを解決する手段として、一般的に表面粗さ(Rz;十点平均粗さ)を下げ、平滑化する手法が提案されている(例えば、特許文献3参照。)。
【0014】
また、あらかじめトナーの外添剤を帯電ロール表面に付着させる手段も提唱されている(例えば、特許文献4参照。)。
【0015】
しかしながら、上記に記載した通り、従来より付着性低減が必要不可欠な物性としてもたれているため、後工程にて、意図的に何らかの物質を均一に付着させることが困難であった。
【特許文献1】米国特許4,967,231号明細書
【特許文献2】特開平11−125952号公報
【特許文献3】特開2000−137369号公報
【特許文献4】特開2000−81759号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0016】
本発明は接触式の帯電ロールに関し、ロール表面へのトナー及び外添剤の付着を防止し、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ル、及び該帯電ロール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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0017】
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ルにおいて、該導電性被覆部材の表面自由エネルギーが30mN/m(ミリニュートン/メートル)以上であり、かつその表面全面に粒子径が3.0μm以下の有機または無機微粒子の層を形成させたことを特徴とする帯電ロールである。
【0018】
更に、本発明は上記導電性被覆部剤が、熱可塑性エラストマーを含有するシームレスチューブで構成されていることを特徴とする請求項1記載の帯電ロールである。
【0019】
更に、電子写真感光体及び帯電部材と、現像手段及びクリーニング手段の一方または両方の手段とを一体に支持し、電子写真装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジにおいて、該帯電部材が、該電子写真感光体に接触配置され、電圧を印加されることにより該電子写真感光体を帯電する帯電部材であって、上記帯電ロールを用いたことを特徴とするプロセスカートリッジである。
【0020】
更に、本発明は、電子写真感光体、帯電部材、露光手段、現像手段及び転写手段を有する電子写真装置において、該帯電部材が、該電子写真感光体に接触配置され、電圧を印加されることにより該電子写真感光体を帯電する帯電部材であって、上記帯電ロールを用いたことを特徴とする電子写真装置である。
【発明の効果】
【0021】
本発明は、ロール表面へのトナー及び外添剤の付着を防止し、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ル、及び該帯電ロール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】
本発明において、トナー及びその外添剤の付着防止のために導電性被覆部材の表面に塗布する微粒子としては、平均粒子径が3.0μm以下でありかつ隙間なく、粒子の層が帯電ロールに形成されることが必要であり、かつ微粒子を均一、薄くかつ強固に固着させるために、下地となる導電性被覆部材の表面自由エネルギーは30mN/m以上に調整する必要がある。より好ましくは、35mN/mである。
【0024】
導電性被覆部材の表面に塗布する微粒子の粒子径としては、3.0μm以下である必要があるが、好ましくは1.0μm以下である。粒子径が3.0μmを超えるとロール表面上に定着されず付着防止の効果が発揮されない、画像ムラとして発生しやすいなどの問題が生じるので好ましくない。
【0025】
また、層を形性させる粒子は、ロール表面全面に隙間なく形成される必要がある。隙間が生じたり、粉体が付着されない部分があると、プロセスカートリッジ内で、帯電電圧を印加させた際、その部分から、過剰な放電が起こり、均一帯電がなされず、画像不良となる。または、トナー外添剤等が付着しやすい状態となるため、付着物起因による、画像不良も発生しやすい状況となるため好ましくない。
【0026】
塗布させる微粒子として具体的には、疎水性または親水性シリカ、チタニア、セリア、アルミナ、酸化亜鉛、酸化マグネシウムなどの各種金属酸化物、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウムなどの複合金属酸化物、ハイドロタルサイト、ゼオライト、モンモリロナイトなどの層状無機微粒子、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)などのフッ素系微粒子が挙げられる。
【0027】
帯電ロール表面上への微粒子の層形成方法としては、あらかじめ、静電粉体塗装法、流動浸漬塗装法、静電流動浸漬塗装法、溶射粉体塗装法等の直接塗装、またアセトンやメタノール、N−ヘキサン等の溶媒中に微粒子を分散させ、スプレー塗装により帯電ロールの表面に吹き付ける方法等により、微粒子を塗布させた後、ペーパーワイパー等表面を擦りつけ、完全に表面に吸着されなかった微粒子を除去し、均一に微粒子の層を形成する。また、微粒子塗布のタイミングは種々選択することができるが、導電性ロールを作製した後の最終工程で塗布するのが好ましい。
【0028】
一方、導電性被覆部材に用いられる材料としては、表面自由エネルギーが30mN/m以上であれば、特に制限されることはないが、より強固に、微粒子の層を固定させるために、熱可塑性エラストマーを含むシームレスチューブであることが好ましい。
【0029】
熱可塑性エラストマーを用いる場合として具体的には、オレフィン系(TPO)、スチレン系(TPS)、ウレタン系(TPU)、エステル系(TPEE)、アミド系(TPA)、塩化ビニル(PVC)系などが挙げられる。
【0030】
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、まず熱可塑性エラストマー、カーボンブラック等の導電顔料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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
その形態としては、弾性ロールが用いられる。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、弾性ロールの構成としては、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。
【0034】
帯電ロールとして、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。
【0035】
本発明の帯電ロール1’の構成の例を図1に示す。図1は導電性被覆層が2層の場合であり、図中1は導電性基体、2は弾性層、3が導電性被覆層であり、3(i)が内部層、3(o)が表面層である。
【0036】
本発明に用いられる電子写真感光体、露光手段、現像手段、転写手段及びクリーニング手段は特に限定されるものではない。
【0037】
図2に本発明の帯電ロールを一次帯電手段として有するプロセスカートリッジを具備する電子写真装置の構成の例を示す。
【0038】
図2において、13は電子写真感光体であり、矢印方向に所定の周速度で回転駆動される。感光体13は、回転過程において、電源12から電圧を印加された、一次帯電手段としての本発明の導電性部材1’によりその周面に正または負の所定電位の均一帯電を受け、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。こうして感光体13の周面に静電潜像が順次形成されていく。
【0039】
形成された静電潜像は、次いで現像手段15によりトナー現像され、現像されたトナー現像像は、不図示の給紙部から感光体13と転写手段16との間に感光体13の回転と同期取りされて給紙された転写材17に、転写装置16により順次転写されていく。
【0040】
像転写を受けた転写材17は、感光体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ることにより複写物(コピー)として装置外へプリントアウトされる。
【0041】
像転写後の感光体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。
【0042】
21はプロセスカートリッジ21は電子写真感光体及び帯電部材と、現像手段及びクリーニング手段の一方または両方の手段とを一体に支持し、電子写真装置本体に着脱自在であればよい。図のプロセスカートリッジには該両方の手段が組み込まれている。20はプロセスカートリッジ装着のための装置本体レールである。
【0043】
図3に導電性被覆層として2層同時成形チューブを作製した例を示す。
【0044】
図3に示すように、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出し流路6,7が設けられており、成形に際しては内側流路6に第1押出機8から内部層用材料を、また外側流路7に第2押出機9から表面層用材料をそれぞれ加圧注入し、内部層3(i)と表面層3(o)を重ね合わせ一体化して押し出して得られた2層同時成形チューブ3の外周に設けた水冷リング10にて冷却し、これをチューブ送り装置により引っ張り、所定長さに順次切断し、帯電ロール用のシームレスチューブとして、次工程にて、芯金1を有する発泡弾性体層に被覆する。図3中、22はチューブ引き取り装置である。
【0045】
このように、シームレスチューブ3を多層同時押出し成形により形成することにより、単独でチューブとして被覆することが困難な薄肉の層を含む複層膜のチューブを容易に作製することもできる。
【実施例】
【0046】
以下、実施例を挙げて説明をするが、本発明は実施例に限定されるものではない。なお本実施例中の「部」は質量部を示す。
【0047】
〔シームレスチューブ作成例1〕
チューブ表面層用として、スチレン−水添ブタジエン−結晶性オレフィンブロック共重合体エラストマー(SEBC)(スチレン含率20質量%)を60部、耐衝撃性ポリスチレン(HIPS)40部、カーボンブラックEC(一次粒径30nm、比表面積800m/g、DBP吸油量360単位、pH9.0)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し出し機によりペレット化した。
【0048】
チューブ内部層用として、熱可塑性ポリウレタンエラストマー(TPU)100部にカーボンブラック(一次粒径30nm、比表面積800m/g、DBP吸油量360、pH9.0)16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し出し機によりペレット化した。
【0049】
上記のペレットを用いて、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し出し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、表面層の厚さ100μm、内部層の厚さ400μmのシームレスチューブに成形加工した(実施例1のチューブとして使用)。
【0050】
〔シームレスチューブ作成例2〕
チューブ表面層用として、熱可塑性ポリアミドエラストマー(PAE)を100部、カーボンブラック(一次粒径30nm、比表面積800m/g、DBP吸油量360、pH9.0)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し出し機によりペレット化した。チューブ内層用及び、その後の工程はシームレスチューブ作成例1と同様の製造工程を経て、内径φ11.1mm、表面層の厚さ100μm、内部層の厚さ400μmのシームレスチューブに成形加工した(実施例2のチューブとして使用)。
【0051】
〔シームレスチューブ作成例3〕
チューブ表面層用として、熱可塑性ポリウレタンエラストマー(TPU)100部、カーボンブラック(一次粒径30nm、比表面積800m/g、DBP吸油量360、pH9.0)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し出し機によりペレット化した。チューブ内層用及び、その後の工程はシームレスチューブ作成例1と同様の製造工程を経て、内径φ11.1mm、表面層の厚さ100μm、内部層の厚さ400μmのシームレスチューブに成形加工した(実施例3のチューブとして使用)。
【0052】
〔シームレスチューブ作成例4〕
チューブ表面層用として、SEBC(スチレン含率20%)を60部、シリコーングラフトポリエチレン40部(シリコーン40wt%)、カーボンブラック(一次粒径30nm、比表面積800m/g、DBP吸油量360、pH9.0)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し出し機によりペレット化した。チューブ内層用及び、その後の工程はシームレスチューブ作成例1と同様の製造工程を経て、内径φ11.1mm、表面層の厚さ100μm、内部層の厚さ400μmのシームレスチューブに成形加工した(比較例1のチューブとして使用)。
【0053】
〔シームレスチューブ作成例5〕
チューブ表面層用として、熱可塑性フッ素エラストマー100部、カーボンブラック(一次粒径30nm、比表面積800m/g、DBP吸油量360、pH9.0)5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し出し機によりペレット化した。チューブ内層用及び、その後の工程はシームレスチューブ作成例1と同様の製造工程を経て、内径φ11.1mm、表面層の厚さ100μm、内部層の厚さ400μmのシームレスチューブに成形加工した(比較例2のチューブとして使用)。
【0054】
得られたシームレスチューブを前記発泡弾性体層に被覆し、図1に示すような導電性ロール1’を作製した。図1中内部層3(i)及び表面層3(o)が上記にて作成したシームレスチューブである。
【0055】
上記で作成した帯電ロールの表面自由エネルギーの測定は、ぬれ張力試験混合液にて測定した。
【0056】
つづいて、上記で作成した帯電ロールに表1に示す各種微粒子を塗布した。
【0057】
本発明の実施例における各種粉体のロールへの塗布方法は、粘着性のロールにあらかじめ指定の粉体を付着させ、ロールをカウンター回転させながら擦りつけるように転写させた。
【0058】
粉体の付着状態は、目視にて判断し、目視による判断が難しい場合、顕微鏡等で観察することにより判断した。
【0059】
トナー付着性の評価は、図2に示すプロセスカートリッジに組み込み、連続1000枚画像出しし、画像出し後のロール表面を観察してトナーの付着状況を4段階にてランク付け評価した。さらに同ロールを用いて、連続10000枚画像出しして、トナー付着由来の画像不良の発生有無の確認を行った。結果を表1に示した。
【0060】
【表1】


【0061】
A:トナー付着がほとんどない
B:わずかにトナー付着が確認される
C:トナー付着が確認される
D:トナー成分が多量に付着している
◎:画像上トナー付着由来の画像不良がまったく確認されない
○:画像上ほとんどトナー付着由来の不良が確認されない
△:わずかにトナー付着由来の黒スシ゛が確認される
×:トナー付着由来の画像不良(黒スシ゛)がはっきりと
【0062】
以上により、帯電ロールの導電性被覆部材の表面自由エネルギーを30mN/m以上に調整し、かつその表面全面に粒子径が3.0μm以下の有機または無機微粒子を押しつぶし粒子の層を形成させることにより、トナー付着性が低減され、トナー付着由来による画像不良が発生しにくくなった。
【図面の簡単な説明】
【0063】
【図1】帯電ロールの概略構成を示す図。
【図2】プロセスカートリッジを具備する電子写真装置の概略構成を示す図。
【図3】二層チューブ成形装置の概略構成を示す図。
【符号の説明】
【0064】
1.導電性基体
1’.帯電ロール
2.弾性層
3.導電性被覆層
3(i).内部層
3(o).外部層
4.ダイス
5.中央通孔(空気導入用)
6.内側流路
7.外側流路
8.内層用押し出し機
9.外層用押し出し機
10.水冷リング
12.電源
13.感光体
14.画像露光
15.現像機
16.転写装置
17.転写材
18.定着装置
19.クリーニング装置
20.プロセスカートリッジ装着のための装置本体レール
21.プロセスカートリッジ
22.チューブ引き取り装置

【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ルにおいて、該導電性被覆部材の表面自由エネルギーが30mN/m以上であり、かつその表面全面に粒子径が3.0μm以下の有機または無機微粒子の層を形成したことを特徴とする帯電ロール。
【請求項2】
該導電性被覆部材が、熱可塑性エラストマーを含有するシームレスチューブで構成されていることを特徴とする請求項1に記載の帯電ロール。
【請求項3】
電子写真感光体及び帯電部材と、現像手段及びクリーニング手段の一方または両方の手段とを一体に支持し、電子写真装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジにおいて、該帯電部材が、該電子写真感光体に接触配置され、電圧を印加されることにより該電子写真感光体を帯電する帯電部材であって、請求項1または2に記載の帯電ロールを用いたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項4】
電子写真感光体、帯電部材、露光手段、現像手段及び転写手段を有する電子写真装置において、該帯電部材が、該電子写真感光体に接触配置され、電圧を印加されることにより該電子写真感光体を帯電する帯電部材であって、請求項1または2に記載の帯電ロールを用いたことを特徴とする電子写真装置。


【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2006−91495(P2006−91495A)
【公開日】平成18年4月6日(2006.4.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−277568(P2004−277568)
【出願日】平成16年9月24日(2004.9.24)
【出願人】(393002634)キヤノン化成株式会社 (640)
【Fターム(参考)】