説明

電子写真用帯電ローラ

【課題】感光体汚染がなく導電性粒子を均一に分散し、高画質、高耐久化に対応した、電気的特性が良好である電子写真用帯電ローラを提供すること。
【解決手段】導電性支持体の外周上に形成された導電性弾性層の外周上に被覆層を有する電子写真用帯電ローラにおいて、該被覆層は、ポリオールとイソシアネートを主成分とするものであり、導電性粒子を含有し、且つ、ポリカプロラクトンとヒドロキシオクタデカン酸の共重合物を含有することを特徴とする電子写真用帯電ローラ。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、導電性支持体の外周上に形成された導電性弾性層の外周上に形成された被覆層を有する電子写真用帯電ローラに関する。
【背景技術】
【0002】
プリンタ・複写機等の電子写真装置においては、表面に電荷を担持するドラム等の感光体が設けられ、担持した電荷のうちの一部が除電されることで、感光体表面に静電潜像が形成される。現像は、静電潜像に帯電したトナーが供給されることで行われる。こうして得られた感光体上のトナー像が紙に転写され、定着されることで電子写真装置における画像の出力が完了する。
【0003】
従来、感光体表面がコロナ放電で均一に帯電されることにより、出力画像は濃度の均一性が得られていた。しかし、コロナ放電方式は、例えば6kV乃至10kVの高電圧を要し、エネルギー効率が悪い上、安全保守の点からも望ましくない。その上、有害なオゾンやNOxが発生することも環境衛生上問題となっている。このため、近年は、消費電力が節減され、有害物質の発生も極力抑制された、低い印加電圧でよい帯電方式への切り替えが進んでいる。接触式の帯電ローラを用いる方式はその1つである。帯電ローラは感光体に接触する部分の近傍でコロナ放電して、感光体を帯電させることができるので、オゾンの発生も極僅かで済むので好ましい。
【0004】
この方式では、発生するコロナの量はコロナ放電方式に比べれば僅かであるが故に、帯電ローラには物性上、非常に高い、導電性の均一性が求められている。しかし、その導電性の均一性を達成することは容易でない。そこで、導電性の均一性が要求水準として不十分でもあっても、感光体を均一に帯電することが可能となるように電源部に工夫を凝らすことが試みられ、交流と直流の重畳電圧によって帯電させる方式が実用化されている。
【0005】
この帯電方式は帯電の均一性を確保するため、直流電圧印加時における帯電開始電圧の2倍以上のピーク間電圧を持つ交流電圧を、直流電圧に付加(重畳)したものである。これにより帯電ローラに要求される導電性に対する均一性はだいぶ緩和される。しかし、直流電圧だけを印加するDC帯電方式に比べ、電子写真装置に交流電源を設けるためのコストが余分に掛かってしまう。とりわけ最近はコスト低減の要求が強いので、より良いDC帯電方式についての提案も数多く行われている(例えば、特許文献1)。
【0006】
その上、最近の電子写真装置はさらに高速での高画質が求められ、帯電ローラは極僅かな放電量の揺らぎであっても均一に感光体を帯電できなければならない。しかし、現状の帯電ローラでこのような要求水準を満足する、高い、帯電の均一性を達成することは非常に困難である。
【0007】
そこで、帯電性能の不足を補うために、感光体を帯電する前にレーザ光を照射して直前の画像出力で残った電荷を完全に除去する前露光という機構も提案されているが、こうすると画像の出力に余分な時間がかかってしまう。結局、帯電ローラの帯電能力が充分で且つ均一なものでなければならず、そのためには数ある特性の中でも電気的特性の均一化は必須である。このような電気的特性の均一性を得るには、少なくとも帯電ローラの表面において導電剤が可能な限り均一に分散されていることが必要である。
【0008】
そこで、帯電ローラの抵抗を容易に調整するため、ローラ外周に設けた抵抗制御層(本明細書中では、「被覆層」、「表面層」ともいう)中に導電性粒子と絶縁性粒子を併用する方法が提案されている(特許文献2)。
【0009】
分散剤などの添加により、導電剤を均一に分散する方法も提案されているが、ブリードにより感光体を汚染し画像不良を起こしてしまうなどの弊害から有効な解決策には至っていない。
【0010】
また、抵抗制御層を形成するのに、その構成に必要な材料である導電剤やバインダーを溶剤中に溶解又は分散させた塗工液を、ディップ方式やスプレー方式などにより、導電性弾性ローラ外周にコートする方法がよく採用されている。しかし、帯電ローラには、さらなる高画質、高耐久化に対応するため、バインダー中に導電剤がより均一に分散していることが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】特開平5−341627号公報
【特許文献2】特開平7−20685号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
したがって、本発明は、バインダー中に導電剤がより均一に分散し、感光体汚染がなく高画質、高耐久化に対応した、電気的特性が良好である電子写真用帯電ローラを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明は、導電性支持体の外周上に形成された導電性弾性層の外周上に被覆層を有する電子写真用帯電ローラにおいて、該被覆層は、ポリオールとイソシアネートを主成分とするものであり、導電性粒子を含有し、かつ、ポリカプロラクトンとヒドロキシオクタデカン酸の共重合物を含有することを特徴とする電子写真用帯電ローラである。
【0014】
また、本発明は、導電性粒子がカーボンブラックであり、DBP吸収量が50ml/100g以上100ml/100g以下かつ揮発分が0.3%以上0.8%以下であることを特徴とする上記記載の電子写真用帯電ローラである。
【0015】
また、本発明は、ポリカプロラクトンとヒドロキシオクタデカン酸の共重合物がさらにポリエチレンイミンとの共重合物であることを特徴とする上記記載の電子写真用帯電ローラである。
【0016】
また、本発明は、ポリオールがラクトン変性アクリルポリオールであることを特徴とする上記記載の電子写真用帯電ローラである。
【発明の効果】
【0017】
本発明により、被覆層用塗工液中にポリカプロラクトンとヒドロキシオクタデカン酸の共重合物を用いることで、導電性粒子の分散性向上による塗工液の均一化とブリード防止効果が両立でき、帯電性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】電子写真用帯電ローラの概略断面図である。
【図2】画像形成装置の概略構成図である。
【図3】帯電ローラの抵抗測定装置の概略説明図である
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0020】
[電子写真用帯電ローラ]
図1は、本発明の電子写真用帯電ローラの一例の概略断面図である。なお、(a)は導電性支持体に直交する断面図であり、(b)は導電性支持体に沿う断面図である。
【0021】
図1において、導電性支持体1の外周上に導電性の弾性体層2が形成されている。さらに、該弾性体層2の外周上に被覆層3が形成されている。
【0022】
(導電性支持体)
導電性支持体1を構成する材料として、少なくとも表面が導電性であり、剛直なものであればいずれの材料ででも使用できる。例えば、鉄、アルミニウム、チタン、銅及びニッケル等の金属やステンレス、ジュラルミン、真鍮、青銅等の合金、更にカーボンブラックや炭素繊維をプラスチックで固めた複合材料等を挙げることができる、また、形状としては、円柱形状の他に、中心部分を空洞とした円筒形状とすることもできる。なお、導電性支持体として、導電性、剛性等から、例えば、炭素鋼円柱の表面に厚さ5μm程度のニッケルメッキを施したものが好ましい。また、導電性支持体の径としては、帯電ローラとしての強度が保たれれば特に制限されないが、通常、3mm乃至30mm、好ましくは4mm乃至20mmが適当である。3mmより小さいとローラ両端部からの加重により変形が大きくなり、また30mmより大きいとコストアップが問題となる。
【0023】
(弾性体層)
本発明では、弾性体層2は、ゴム等の弾性材料中に導電性材料を添加して均一に混合した導電性を有するものを、上記導電性支持体1の外周上に少なくとも1層が形成されている。なお、弾性体層2は導電性、弾性等を調整するために、それぞれの機能を有する層が複数重ねて形成されていても良い。また、弾性体層2の硬さは、帯電ローラとして通常使用される弾性体層と同様でよく、例えば、マイクロゴム硬さで20度乃至80度が適当である。20度より小さいと通常弾性層自体の強度も弱くなってしまい、また、80度より大きいと接触する感光体表面が削りやすくなってしまう。なお、マイクロゴム硬さは、高分子計器株式会社製のマイクロゴム硬度計MD−1(商品名)等のゴム硬度計を用いて測定できる。
【0024】
弾性体層に用いる弾性材料としては、一般に電子写真用導電性ローラの弾性体層として使われるものが支障なく使用できる。具体的には、下記の樹脂類やゴム材料を挙げることができる。ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレートなどのアクリル樹脂、ポリビニルブチラール、ポリビニルアセタール、ポリアリレート、ポリカーボネート、ポリエステル、フェノキシ樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリアミド、ポリビニルピリジン、セルロース系樹脂などの樹脂類。EPDM、ポリブタジエン、天然ゴム、ポリイソプレン、SBR(スチレンブタジエンゴム)、CR(クロロプレンゴム)、NBR(ニトリルブタジエンゴム)、シリコーンゴム、ウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴムなどのゴム材料。
【0025】
この弾性材料に添加する導電性材料として、カーボンブラック、グラファイト、金属粉、導電性絶縁性粒子等の電子伝導機構を有する導電性粒子や、アルカリ金属塩、四級アンモニウム塩等のイオン伝導機構を有する導電性材料を挙げることができる。これらの導電性材料は、単独であるいは2種類以上を組み合わせて用いることができる。弾性体層の電気抵抗は1010Ω・cm未満に調整されるのが好ましい。これらの導電性材料の配合量は弾性材料100質量部に対し、好ましくは0.1質量部乃至100質量部である。なお、電気抵抗が上記範囲にすることが可能な弾性材料、例えば、エピクロルヒドリンゴム、NBRなどを用いる時は、導電性材料を改めて添加する必要は無い。
【0026】
また、これら弾性材料に対して、加硫剤や加硫促進剤、炭酸カルシウムなどの充填剤、可塑剤、難燃剤、老化防止剤、発泡剤、シランカップリング剤、高分子系分散剤、顔料誘導体及び界面活性剤などを適宜配合することができる。配合量は配合成分により異なり、例えば、可塑剤や界面活性剤では、ブリードなどによる感光体の汚染を防ぐため、通常、弾性材料100質量部に対し、20質量部以下とすることが望ましい。
【0027】
これらの材料を均一に混合するには、例えば、プラネタリーミキサー、ニーダー、2本ロールなどの混合機や混練機を用いることが好ましい。
【0028】
上記混合機や混練機を用いて混合し均一に分散して得られた材料を、予め所定の膜厚に形成されたシート形状又はチューブ形状に成形し、これを導電性支持体の外周上に接着又は被覆することにより弾性体層を形成することができる。また、押出成形法によって導電性支持体の外周上に弾性体層を形成した後、研磨などによって形を整える方法であってもよい。導電性支持体を配置したローラ成形型内に弾性体層を形成するための材料を注入し、硬化する方法であってもよい。さらに、弾性体層に用いる材料を溶剤と混合し、塗工液として導電性支持体に塗工した後乾燥して弾性体層を形成してもよい。この場合には、スプレー塗工、浸漬塗工などの塗工法によって行ってもよい。なお、弾性体層を複層とする際は、上記した方法を適宜組み合わせることができる。
【0029】
また、弾性体層の厚みとしては1mm乃至20mmの範囲とするのが適当である。1mmより小さいとローラ全域で適正なニップ幅を確保するのが難しくなり、また20mmより大きくなるとコストアップが問題となってくる。
【0030】
弾性体層は、必要に応じて導電性支持体と接着剤を介して接着される。この場合、接着剤は導電性であることが好ましい。導電性とするため、接着剤には公知の導電材料を含有させることができる。接着剤のバインダーとしては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等の樹脂が挙げられ、ウレタン系、アクリル系、ポリエステル系、ポリエーテル系、エポキシ系等の公知のバインダーを用いることができる。なお、接着剤層としては5μm乃至10μm程度とするのが適当である。
【0031】
(被覆層)
この弾性体層の外周上に被覆層を形成すると電子写真用帯電ローラとしての導電性、表面粗さなどが調製されて、帯電性能向上や、弾性体層に含まれる感光体汚染物質が感光体表面へブリードするのを防止できる。
【0032】
被覆層は、導電性支持体の外周上に弾性体層を形成してローラを形成した後に、その外周上に、被覆層を構成する材料を塗工液として浸漬塗工、スプレー塗工、ロール塗工、リング塗工などにより塗工し、乾燥、硬化して形成される。
【0033】
本発明では、この被覆層中に、ポリオールとイソシアネートを主成分とするものであり、導電性粒子及びポリカプロラクトンとヒドロキシオクタデカン酸の共重合物を含有することが特徴である。
【0034】
・ポリオールについて
本発明で使用するポリオールは、ポリウレタンに通常使用できるものが用いられる。例えばポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、シリコーングリコール、ポリブタジエングリコール、ひまし油、アクリルポリオール、フッ素含有ポリオール、ポリオールのポリマー及びこれらの混合物が挙げられる。
【0035】
上記ポリエーテルポリオールとしては、少なくとも2個(好ましくは2〜8個)の活性水素原子を有する化合物にアルキレンオキサイドが付加した構造の化合物及びそれらの混合物が挙げられる。該活性水素原子を有する化合物とは、例えば、多価アルコール、多価フェノール、アミン類、ポリカルボン酸、リン酸等である。
【0036】
上記多価アルコールとして、以下のものを挙げることができる。エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール等のアルキレングリコール;環状基を有するジオール(例えば、特公昭45−1474号公報記載のもの)等の2価アルコール;グリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、ヘキサントリオール、トリエタノールアミン等の3価アルコール;ペンタエリスリトール、メチルグリコシド、ジグリセリン等の4価アルコール;更に多くの官能基数を有する糖アルコール(例えばアドニトール、アラビトール、キシリトール等のペンチトール、ソルビトール、マンニトール、イジトール、タリトール、ズルシトール等のヘキシトール);糖類(例えば、グルコース、マンノース、フラクトース、ソルボース等の単糖類、ショ糖、トレハロース、ラクトース、ラフィノース等の少糖類);グリコシド{例えば、ポリオール(例えばエチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール等のアルカンポリオール)のグルコシド;ポリアルカンポリオール、例えばトリグリセリン、テトラグリセリン等のポリグリセリン;ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール等のポリペンタエリスリトール;シクロアルカンポリオール、例えばテトラキス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサノール等}など。
【0037】
上記多価フェノールとしては、以下のものが挙げられる。ピロガロール、ハイドロキノン、フロログルシン等の単環多価フェノール;ビスフェノールA、ビスフェノールスルフォン等のビスフェノール類;フェノールとホルムアルデヒドの縮合物(ノボラック)(例えば、米国特許3265641号明細書に記載のポリフェノール等)など。
【0038】
また、上記アミン類としては、以下のものが挙げられる。アンモニア;モノ−、ジ−及びトリ−エタノールアミン、イソプロパノールアミン、アミノエチルエタノールアミン等のアルカノールアミン類;C1〜C20アルキルアミン類;C2〜C6アルキレンジアミン{例えば、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ポリアルキレンポリアミン(例えば、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン等の脂肪族アミン類)};アニリン、フェニレンジアミン、ジアミノトルエン、キシリレンジアミン、メチレンジアニリン、ジフェニルエーテルジアミン等の芳香族アミン類;イソホロンジアミン、シクロヘキシレンアミン、ジシクロヘキシルメタンジアミン等の脂環式アミン類;アミノエチルピペラジン、その他特公昭55−21044号公報記載の複素環式アミン類など。
【0039】
これらの活性水素原子を含有する化合物は2種以上併用してもよい。
【0040】
上記活性水素原子を含有する化合物に付加させるアルキレンオキサイドとしては、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、1,2−、1,3−、1,4−及び2,3−ブチレンオキサイド、スチレンオキサイド等、及びこれらの2種以上の混合物が挙げられる。なお、併用の際はアルキレンオキサイドの付加形態は、ブロックであってもランダムあっても良い。
【0041】
上記ポリエステルポリオールとしては、「ポリウレタン樹脂ハンドブック」岩田敬治著日刊工業新聞社第108乃至111頁に記載の縮合系、ラクトン系及びポリカーボネート系のものが挙げられる。
【0042】
上記シリコーングリコールとしては、分子中に活性水素を含有する反応性シリコーンオイルが挙げられる。
【0043】
上記ポリブタジエングリコールとしては、前記「ポリウレタン樹脂ハンドブック」第112乃至113頁に記載のものが挙げられる。
【0044】
上記アクリルポリオールとしては、前記「ポリウレタン樹脂ハンドブック」第112頁に記載のものが挙げられる。
【0045】
上記フッ素含有ポリオールとしては、4,4′−(ヘキサフルオロイソプロピリジエン)−ジフェノール及び3−パーフロロオクチルプロパンジオール等が挙げられる。
【0046】
上記ポリオールのポリマーとしてはポリオール中で重合開始剤の存在下でエチレン性不飽和単量体を重合させたものが挙げられる。
【0047】
これらのポリオールのうち好ましいものはポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、アクリルポリオール及びシリコーングリコールであるが、さらに好ましくはラクトン変性アクリルポリオールである。
【0048】
本発明に用いられるポリオールのOH価(mgKOH/g)は特に限定はないが、10〜2000であることが好ましく、特には20〜1000であることが好ましい。10より小さいと導電性弾性層に含有する可塑剤などの感光体汚染物質の染み出し防止効果が得られにくく、また2000より大きいと被覆層の硬度が高くなってしまう。
【0049】
・イソシアネートについて
本発明に使用するイソシアネートとしては、分子量が100〜300のイソシアネートを用いることが好ましく、具体的には、以下のものを挙げることができる。イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、トリレジンジイソシアネート(TDI)、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)など。また、これらのイソシアネートは重合して高分子化した高分子イソシアネート(分子量1000以上)で用いても良い。なお、イソシアネートとポリオールは一液型混合物として用いることが好ましく、そのためにイソシアネートはブロックイソシアネートを使用することが好ましい。
【0050】
イソシアネートの使用量は、ポリオール100質量部に対して、5質量部乃至1000質量部であることが好ましい。5質量部より小さいと導電性弾性層に含有する可塑剤などの感光体汚染物質の染み出し防止効果が得られにくく、また1000質量部より大きいと被覆層の硬度が高くなってしまう。
【0051】
・導電性粒子について
本発明に使用する導電性粒子は、被覆層に導電性を付与するために使用される。
【0052】
導電性粒子としては、一般的に導電性ゴムローラの導電性付与に用いられるものが使用でき、例えば、以下のものを挙げることができる。カーボンブラックやグラファイト、金属粉や、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛などの金属酸化物粉、適当な粉体の表面に酸化錫、酸化アンチモン、酸化インジウム、酸化モリブデン、亜鉛、アルミニウム、金、銀、銅、鉄、クロム、コバルト、鉛、白金、ロジウムなどを電解処理、スプレー塗工、混合振とうにより付着させたもの。
【0053】
ここで用いる導電性粒子としては、導電性の制御及びポリカプロラクトンとヒドロキシオクタデカン酸との共重合物との親和性から、以下の物性を有するカーボンブラックを使用することが好ましい。DBP吸収量が50ml/100g以上100ml/100g以下であり、揮発分が0.3質量%以上0.8質量%以下である。DBP吸収量50ml/100g以上とすれば導電性が良好に確保でき、また、100ml/100g以下とすれば塗工液とした場合の物性が安定化しやすい。また揮発分が0.3質量%以上にて、ポリカプロラクトンとヒドロキシオクタデカン酸の共重合物と強い親和性により分散均一化が良好となり、0.8質量%以下で導電性が良好となる。
【0054】
また本発明に用いる導電性粒子として、絶縁性粒子とカーボンブラックあるいはグラファイトを結着した複合導電性粒子を使用することもできる。複合導電性粒子は、絶縁性粒子であるコア粒子に導電性粒子を接着剤による結着、好ましくは薄膜コートして得られたものであるため、複合導電性粒子を中抵抗である半導電性の微粒子とするで、被覆層は優れた抵抗均一化を得ることとなる。
【0055】
複合導電性粒子に用いる導電性材料としては、カーボンブラックやグラファイトが挙げられる。カーボンブラックとしては特に制限は無く、一般的に導電性ローラに導電性付与に用いられているものが挙げられる。導電性のカーボンブラックとしては、アセチレン法によるアセチレンブラック、ファーネス法によるファーネスブラック、シェル法のガス化炉による特殊カーボンブラック等が挙げられる。
【0056】
複合導電性粒子に用いるコア粒子としての絶縁性粒子は、被覆層よりも体積抵抗が大きければ特に制限は無いが、小粒径が得られ易い無機化合物が好ましく、シリカ、アルミナ、チタニア酸化チタン等の酸化物、複酸化物等や窒化物、炭化物、セラミック等を用いることができ、特にシリカ、アルミナ、チタニアが好ましい。
【0057】
・複合導電性粒子における接着剤について
接着剤としては、アルコキシシランから生成するオルガノシラン化合物ならびにポリシロキサン、変性ポリシロキサン、末端変性ポリシロキサン又はこれらの混合物が挙げられる。アルコキシシランとしては、具体的には、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン及びデシルトリメトキシシラン等が挙げられる。
【0058】
接着剤は公知の粉体表面処理方法によりコア粒子表面に付着される。公知の付着方法としては、乾式法や湿式法が挙げられ、湿式法としては、水溶液法、有機溶媒法及びスプレー法が挙げられる。
【0059】
複合導電性粒子、例えばカーボンブラックでコートされたシリカは、カーボンブラックとシリカをホイール型混練機にて粉体にせん断を加えることにより作製することができる。混練条件としては、混練時間、ホイール回転数は適時設定し、カーボンブラックの殆どがシリカに付着するまで混練する。このようにせん断を加えながらカーボンブラックを付着させることにより得られた、複合導電性粒子の表面に結着されたカーボンブラックは、ストラクチャー構造が小さく、シリカの形状及び粒径を反映した構造となる。
【0060】
本発明に用いられる導電性粒子の配合量としては、被覆層の質量組成に対して1質量%乃至80質量%とすることが好ましく、特に好ましくは5質量%乃至60質量%とするとより好ましい。5質量%より少ないと導電性を確保することが難しく、また60質量%より多くなると、被覆層の硬度が高くなってしまう。
【0061】
これら導電性粒子の一次平均粒子径(示差走査型電子顕微鏡観察によって測定)が1nm以上100nm以下であるのものを使用することが好ましく、5nm以上60nm以下のものを使用することがより好ましい。1nmより小さいと塗工液とした場合の物性変化が大きくなってしまい、また100nmより大きいと十分な導電性を得にくくなってしまう。
【0062】
・ポリカプロラクトンとヒドロキシオクタデカン酸の共重合物について
本発明に使用するポリカプロラクトンとヒドロキシオクタデカン酸の共重合物は、塗工液中で溶解し導電性粒子表面に吸着することで、上記導電性粒子の均一分散化を維持する。さらにヒドロキシル基が被覆層形成時におけるイソシアネートとの硬化反応で重合が可能であるため、感光体表面への汚染が少なくなる。
【0063】
ここで使用するポリオールがラクトン変性アクリルポリオールであった場合には、使用するポリカプロラクトンとヒドロキシオクタデカン酸の共重合物との相溶性が特に良好であるため、本発明の効果を最大限に引き出すことができる。
【0064】
また、本発明に用いられるポリカプロラクトンとヒドロキシオクタデカン酸の共重合物は、さらにポリエチレンイミンのようなポリアルキレンイミンとの共重合物としてもよい。ポリアルキレンイミンと共重合したポリカプロラクトンとヒドロキシオクタデカン酸とポリエチレンイミンとの共重合物は、アミン価の調整が可能となり、使用する導電性粒子の表面性状に合わせて、吸着に好適となる。
【0065】
ポリカプロラクトンとヒドロキシオクタデカン酸の共重合物の配合量は、被覆層の質量組成に対して、0.1質量%乃至10質量%とすることが好ましい。0.1質量%より小さいと本発明で期待する導電性粒子の分散均一化の効果が得られにくくなり、また10質量%より大きいと導電性粒子が過分散となり、高抵抗化してしまい、適正な導電領域に合わせにくくなる。
【0066】
これらの材料を均一に混合分散し、塗工液を得るには、上記表面層用原料を溶剤に入れ、例えば、ビーズを用いたミルにより分散処理を行う。この分散処理途中で、粒度分布計にて、適宜カーボンブラックの分散状態を測定し、所定の分散状態になったときに、ビーズをろ別して塗工液を得る。
【0067】
得られた塗工液を、導電性支持体の外周上に弾性体層が形成されたローラの弾性体層の外周上に、浸漬塗工法、スプレー塗工法、ロール塗工法、リング塗工法などにより塗工し、次いで、乾燥し、あるいはさらに硬化して、表面層を形成し、本発明の電子写真用帯電ローラを得る。
【0068】
本発明の電子写真用帯電ローラは、プリンタ・複写機等の電子写真方式の画像形成装置(電子写真装置)の感光体を帯電するのに用いると、感光体の帯電が均一であり、感光体のピンホールがあっても問題が生ぜず、良好である。
【0069】
本発明の電子写真用帯電ローラを組み込んだ画像形成装置の一例の概略構成図を図2に示す。
【0070】
像担持体である感光体ドラム(感光体)5は矢印の方向に回転しながら、帯電ローラ6によって一次帯電され、次に露光手段により露光11が照射され静電潜像が形成される。現像手段である現像ローラ4上の薄層になったトナーは、感光体ドラム5の表面と接触することによって、静電潜像が現像され、可視化したトナー像が形成される。本図では現像ローラ4上のトナーの帯電量を適正にするために、トナー帯電ローラ29を用いている。
【0071】
現像されたトナー像は、転写ローラ8と感光体ドラム5の間の転写部において、感光体ドラム5から紙等の被転写部材77に転写され、その後定着部9で熱と圧力により定着され、永久画像となる。なお、必要により、感光体ドラムに残った電荷が露光等により消去され、感光体ドラムはアース電位に戻される。その後、転写されなかった感光体ドラム上の転写残トナーは、クリーニングブレード10で除去される。
【0072】
現像ローラ4、トナー帯電ローラ29、帯電ローラ6及び転写ローラ8には画像形成装置の電源18、19、20及び22から、それぞれ電圧が印加され、所定の作動が担保されている。なお、28は現像ローラ4にトナーを供給するトナー搬送ローラであり、30は現像ローラ4上のトナーに摩擦帯電を与えると共に担持されるトナー量を規制する弾性規制ブレードである。また、31はトナー容器である。
【0073】
ここでは、帯電ローラ6には、電源20から電圧が印加される。なお、本発明の電子写真用帯電ローラを用いているので、印加電圧を直流電圧とすると、電源のコストを低く抑えることができ、交流電圧を用いたときには、発生する帯電音が発生しないという利点がある。
【0074】
印加する直流電圧であるとき、その絶対値は、空気の放電開始電圧と被帯電体表面(感光体表面)の一次帯電電位との和とすることが好ましい。通常空気の放電開始電圧は約600V乃至700V、感光体表面の一次帯電電位は約300V乃至800Vであるので、具体的な一次帯電電圧としては900V乃至〜1500Vとする。
【実施例】
【0075】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。但し、本発明はこれらに限定されるものではない。また、特に断らない限り、実施例中の「部」は質量部を示す。
【0076】
製造例1(弾性体層を有する基層ローラの製造)
エピクロルヒドリンゴム100部に、四級アンモニウム塩2部、炭酸カルシウム30部、酸化亜鉛5部及び脂肪酸5部を加え、60℃に調節した密閉型ミキサーにて10分間混練した。その中に、エーテルエステル系可塑剤15部を加え、20℃に冷却した密閉型ミキサーで更に20分間混練して、コンパウンドを調製した。このコンパウンドに、硫黄(加硫剤)1部と、加硫促進剤としてノクセラーDM(商品名、大内新興化学工業株式会社製)1部とノクセラーTS(商品名、大内新興化学工業株式会社製)0.5部を加え、20℃に冷却した2本ロールにて10分間混練した。
【0077】
得られた原料コンパウンドを、押出成型機にて直径6mm長さ252.5mmの金属製の導電性支持体と共に押し出し、導電性支持体の外周上に未硬化の弾性体層を形成した。次いで、電気オーブン中で160℃1時間加熱して加硫し、その後、導電性支持体の両端部の不要な弾性体層を切り取り、さらに、外径8.5mmになるように研磨して、導電性支持体の外周上に弾性体層を有する基層ローラを得た。
【0078】
実施例1
以下の原材料をミキサーにより30分撹拌混合した後、φ0.8mmガラスビーズを分散メディアとした横型ビーズミル分散機にて分散処理を行った。
・ポリオール(商品名:DC2009、ラクトン変性アクリルポリオール、有効成分70質量%、希釈溶媒(キシレン)30質量%、ダイセル化学工業株式会社製) 100部
・イソシアネートA(イソホロンジイソシアネート(IPDI)、有効成分60質量%、希釈溶媒(n−酢酸ブチル15質量%及びキシレン25質量%)) 40部
・イソシアネートB(ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、有効成分80質量%、希釈溶媒(酢酸エチル)20質量%) 30部
・導電性粒子(カーボンブラック「#33」(商品名、DBP吸収量76ml/100g、揮発分0.6%、三菱化学株式会社製)) 30部
・シリコーンオイル(SH28PA(商品名)、東レ・ダウコーニング株式会社製) 0. 1部
・ポリカプロラクトンとヒドロキシオクタデカン酸の共重合物(商品名:ヒノアクトT−8000、ポリカプロラクトンとヒドロキシオクタデカン酸とポリエチレンイミンとの共重合物、川研ファインケミカル株式会社製) 5部
・メチルイソブチルケトン 200部
【0079】
適正時間分散処理した塗工液からガラスビーズをろ別し、その300mlをメスシリンダーに取った。その中に、上記製造例1で作成した基層ローラを前記塗工液の表面に対して垂直状態に保持して、塗工液中に浸漬し、ディップ塗工した。その後、30分間室温(23℃)放置し、溶媒を蒸発させた。次いで、塗工液が塗布されたローラを160℃に調整した乾燥機中で1時間硬化反応させ、膜厚が15.2μmである表面層が形成された電子写真用帯電ローラを得た。
【0080】
実施例2
導電性粒子として、カーボンブラック「MA100」(商品名、DBP吸収量100ml/100g、揮発分1.5%、三菱化学株式会社製)を用いた以外は、実施例1と同様にして、電子写真用帯電ローラを得た。
【0081】
実施例3
導電性粒子として、カーボンブラック「#30」(商品名、DBP吸収量113ml/100g、揮発分0.6%、三菱化学株式会社製)を用いた。また、ポリカプロラクトンとヒドロキシオクタデカン酸の共重合物として、ヒノアクトT−8000(商品名、ポリカプロラクトンとヒドロキシオクタデカン酸とポリエチレンイミンとの共重合物、川研ファインケミカル社製)を用いた。それら以外は、実施例1と同様にして、電子写真用帯電ローラを得た。
【0082】
実施例4
導電性粒子として、カーボンブラック「#990」(商品名、DBP吸収量112ml/100g、揮発分1.5%、三菱化学株式会社製)を用いた以外は、実施例3と同様にして、電子写真用帯電ローラを得た。
【0083】
実施例5
導電性粒子として、導電性酸化錫「SN−100P」(商品名、石原産業株式会社製)を90部用いた以外は、実施例3と同様にして、電子写真用帯電ローラを得た。
【0084】
実施例6
ポリオールとして、ポリエステルポリオール「ニッポランN5033」(商品名、日本ポリウレタン株式会社製)を用いた以外は、実施例1と同様にして、電子写真用帯電ローラを得た
【0085】
比較例1
ポリカプロラクトンとヒドロキシオクタデカン酸の共重合物として、脂肪酸変性ポリエステル分散剤「EFKA6225」(商品名、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ株式会社製)を用いた以外は、実施例1と同様にして、電子写真用帯電ローラを得た。
【0086】
比較例2
ポリカプロラクトンとヒドロキシオクタデカン酸の共重合物を添加しなかった以外は、実施例1と同様にして、電子写真用帯電ローラを得た。
【0087】
上記で得られた電子写真用帯電ローラについて、抵抗値とその周ムラ、帯電ローラとしての性能(画像評価)及び感光体汚染性を下記により、評価した。結果を表1に示す。
【0088】
(帯電ローラの抵抗値と周ムラ)
電子写真用帯電ローラの抵抗値測定に用いた抵抗測定装置の概略を図3に示す。アルミニウム製の円筒電極32に、電子写真用帯電ローラ6が、導電性支持体の両端部において、各荷重500g(4.9N)で押し圧されている。この状態で円筒電極32を回転させ、電子写真用帯電ローラ6を連れ回りさせる。回転している電子写真用帯電ローラ6の導電性支持体に電源23より−200Vの電圧をかけ、円筒電極32に直列につないだ固定抵抗器(1kΩ)にかかる電圧値を電圧計34にて測定する。これによりローラ6に流れる電流値(=電圧値/固定抵抗器抵抗値)が求められる。ここで、電流値で回路電圧値(−200V)を除した値を、電子写真用帯電ローラ6の抵抗値と見なす。この方法により電子写真用帯電ローラ6の抵抗値として一周分を算出し、その平均値を当該電子写真用帯電ローラの抵抗値とする。また、その最大値と最小値からLog(最大値/最小値)を算出し、この値を周ムラとする。周ムラはローラの抵抗均一性の指標となり、この数値が1に近い程均一であると見なせる。周ムラの値は好ましくは1以上1.4以下であり、さらに好ましくは1以上1.2以下である。
【0089】
(画像評価)
上記で得た電子写真用帯電ローラを、画像形成装置「レーザービームプリンタLBP−5400」(商品名、キヤノン株式会社製)に、帯電ローラとして取り付け、15℃/10%RHの環境下で標準チャートを出力して、画像評価した。
【0090】
出力から10000枚目(耐久)に得られた出力画像を目視にて観察し、帯電ローラの抵抗値に起因する画像不良(スジ状欠陥)や抵抗ムラに起因した画像濃度ムラの発生について下記基準に基づき画像評価した。
A:ハーフトーン画像部に欠陥は全くない(画像が非常に良い)。
B:ハーフトーン画像部に極めて緩やかな濃度ムラ又はスジが見られるが、画像は良い。
C:ハーフトーン画像部に濃度ムラ又はスジ状の欠陥がある。
【0091】
(感光体汚染の評価)
上記で得られた電子写真用帯電ローラを、上記画像形成装置に帯電ローラとして組み込み、40℃、95%相対湿度環境で1月間保存したのち、白黒の標準パターンを出力し、画出し確認を行い、下記基準で感光体汚染を評価した。
○:画像不良は全く見られなかった。
×:感光体汚染と見られる画像不良が見られた。
【0092】
【表1】

【符号の説明】
【0093】
1 導電性支持体
2 弾性体層(導電性弾性体層)
3 表面層(抵抗調整層、被覆層)
4 現像ローラ
5 感光体ドラム(感光体)
6 帯電ローラ
7 被記録媒体
8 転写ローラ
9 定着部
10 クリーニングブレード
11 露光光(レーザー)
18 現像ローラ、トナー供給ローラ及び弾性規制ブレード用バイアス印加電源
19 トナー帯電ローラ用バイアス印加電源
20 帯電ローラ用バイアス印加電源
22 転写ローラ用バイアス印加電源
23 抵抗測定用バイアス印加電源
28 トナー供給ローラ
29 トナー帯電ローラ
30 弾性規制ブレード
31 トナー容器
32 円筒電極(金属ローラ)
33 固定抵抗器
34 電圧計

【特許請求の範囲】
【請求項1】
導電性支持体の外周上に形成された導電性弾性層の外周上に被覆層を有する電子写真用帯電ローラにおいて、該被覆層は、ポリオールとイソシアネートを主成分とするものであり、導電性粒子を含有し、かつ、ポリカプロラクトンとヒドロキシオクタデカン酸の共重合物を含有することを特徴とする電子写真用帯電ローラ。
【請求項2】
該導電性粒子がカーボンブラックであり、DBP吸収量が50ml/100g以上100ml/100g以下かつ揮発分が0.3質量%以上0.8質量%以下であることを特徴とする請求項1記載の電子写真用帯電ローラ。
【請求項3】
該ポリオールがラクトン変性アクリルポリオールである請求項1又は2記載の電子写真用帯電ローラ。
【請求項4】
該ポリカプロラクトンとヒドロキシオクタデカン酸の共重合物がさらにポリエチレンイミンとの共重合物であることを特徴とする請求項1〜3記載の電子写真用帯電ローラ。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2010−204135(P2010−204135A)
【公開日】平成22年9月16日(2010.9.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−46168(P2009−46168)
【出願日】平成21年2月27日(2009.2.27)
【出願人】(393002634)キヤノン化成株式会社 (640)
【Fターム(参考)】