電子写真装置用帯電ローラならびに電子写真装置
【課題】本発明は、電子写真装置の印刷品質の低下を防止させ得る電子写真装置用帯電ローラならびに優れた印刷品質を長期間維持させ得る電子写真装置を提供することを課題としている。
【解決手段】電子写真感光体の表面を帯電させるべく、外周面を前記電子写真感光体に接触させて用いられる電子写真装置用帯電ローラであって、ＪＩＳ Ａ 硬度で３０度以上５８度以下の硬さに形成された弾性体層が導電性軸心の外側に設けられており、該弾性体層のさらに外側には、前記電子写真感光体に接触される表面層が設けられており、該表面層が内側にイオン注入層をともなうダイヤモンドライクカーボン被膜で形成されており、該ダイヤモンドライクカーボン被膜の厚みが２０ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする電子写真装置用帯電ローラなどを提供する。
【解決手段】電子写真感光体の表面を帯電させるべく、外周面を前記電子写真感光体に接触させて用いられる電子写真装置用帯電ローラであって、ＪＩＳ Ａ 硬度で３０度以上５８度以下の硬さに形成された弾性体層が導電性軸心の外側に設けられており、該弾性体層のさらに外側には、前記電子写真感光体に接触される表面層が設けられており、該表面層が内側にイオン注入層をともなうダイヤモンドライクカーボン被膜で形成されており、該ダイヤモンドライクカーボン被膜の厚みが２０ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする電子写真装置用帯電ローラなどを提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真装置用帯電ローラならびに電子写真装置に関し、より詳しくは、電子写真感光体の表面を帯電させるべく、外周面を前記電子写真感光体に接触させて用いられる電子写真装置用帯電ローラと、このような電子写真装置用帯電ローラが備えられている電子写真装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子写真装置用感光体（以下、単に「感光体」ともいう）の表面を帯電処理する手段として、導電性の帯電部材をかかる感光体の表面に接触させる接触帯電方式が採用されている。
この接触帯電方式においては、導電性の帯電部材として電子写真装置用帯電ローラ（以下、単に「帯電ローラ」ともいう）が用いられており、この帯電ローラを感光体に加圧接触させ、ある種の閾値電圧を超える電圧を印加することによって感光体を帯電させることが行われている。
【０００３】
この帯電ローラにおいては、使用期間中に発生する問題点として“表面汚れ”と呼ばれる現象が知られている。
この“表面汚れ”とは、例えば、感光体の表面に付着しているカーボントナーなどがクリーニングブレードをすり抜け、感光体と帯電ローラとの接触箇所に到達して帯電ローラの表面に圧接されることによってその表面に付着してしまう現象であり、このような付着物が帯電ローラの表面に形成されると電子写真装置の印刷品質を低下させることから、この“表面汚れ”を防止することが強く求められている。
【０００４】
このような問題に対し、近年、導電性軸心の外側に設けられた弾性体層に、フッ素系樹脂が用いられてなるシームレスチューブを外嵌させて帯電ローラを形成させることが検討されたりしている（例えば、下記特許文献１）。
すなわち、フッ素系樹脂によって表面層を形成させることにより、汚れの原因となる物質が帯電ローラの表面に付着すること防止すると共に、仮に付着しても帯電ローラの表面から脱落しやすくさせることで電子写真装置の印刷品質の低下を防止することが検討されている。
【０００５】
また、このようなシームレスチューブを用いた方法に加えて、フッ素系樹脂が用いられたコーティング剤によって表面層を形成させる方法や、弾性体層の表面に紫外線照射を行って表面改質させる方法などが検討されている。
この内、フッ素系樹脂を用いる場合には、帯電ローラの表面のすべり性、非粘着性を向上させることができ、汚れの原因となる物質が付着することを防止し得るもののフッ素系樹脂は、一般に軟質であることから表面に傷を発生させやすく、この傷を原因とした印刷品質の低下を招くおそれを有する。
また、弾性体層の表面を紫外線で改質する方法は、帯電ローラの表面のすべり性、非粘着性を十分向上させることが困難で、“表面汚れ”を十分防止することができずに電子写真装置の印刷品質を低下させるおそれを有する。
すなわち、従来の帯電ローラは、電子写真装置の印刷品質の低下を防止することが困難であるという問題を有している。
したがって、従来の電子写真装置は、優れた印刷品質を長期間維持することが困難であるという問題を有している。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−３２５５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、電子写真装置の印刷品質の低下を防止させ得る電子写真装置用帯電ローラならびに優れた印刷品質を長期間維持させ得る電子写真装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、電子写真感光体の表面を帯電させるべく、外周面を前記電子写真感光体に接触させて用いられる電子写真装置用帯電ローラであって、ＪＩＳ Ａ 硬度で３０度以上５８度以下の硬さに形成された弾性体層が導電性軸心の外側に設けられており、該弾性体層のさらに外側には、前記電子写真感光体に接触される表面層が設けられており、該表面層が内側にイオン注入層をともなうダイヤモンドライクカーボン被膜で形成されており、該ダイヤモンドライクカーボン被膜の厚みが２０ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする電子写真装置用帯電ローラを提供する。
【０００９】
また、本発明は、電子写真感光体と、該電子写真感光体の表面を帯電させるべく外周面を前記電子写真感光体に接触させて用いられる電子写真装置用帯電ローラとが備えられている電子写真装置であって、前記帯電ローラは、ＪＩＳ Ａ 硬度で３０度以上５８度以下の硬さに形成された弾性体層を導電性軸心の外側に有し、該弾性体層のさらに外側に、前記電子写真感光体に接触される表面層が設けられており、該表面層が内側にイオン注入層をともなうダイヤモンドライクカーボン被膜で形成され、該ダイヤモンドライクカーボン被膜の厚みが２０ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする電子写真装置を提供する。
【００１０】
なお、本明細書中における、“ダイヤモンドライクカーボン”との用語は、炭素と水素とを主たる成分とし、炭素−炭素の結合状態がダイヤモンド構造とグラファイト構造とが混在するアモルファスな状態に形成されているものを意味しており、炭素と水素のみを成分とするもののみならず、これらに加えて窒素原子、フッ素原子あるいは金属原子などを含有するものも含む意味で用いている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電子写真装置用帯電ローラには、ダイヤモンドライクカーボン被膜によって形成された表面層が備えられている。
このダイヤモンドライクカーボン被膜は、通常、優れたすべり性ならびに非粘着性を示し、しかも、フッ素系樹脂に比べて十分硬質なものである。
したがって、“表面汚れ”ならびに“傷”が帯電ローラの表面に形成されることを抑制し得る。
しかも、単なるダイヤモンドライクカーボン被膜によって形成された表面層を弾性体層の外側に設けるだけでは、帯電ローラの表面にシワが発生して印刷品質の低下を招くおそれがあるところ、本発明においては、内側にイオン注入層をともなうダイヤモンドライクカーボン被膜によって表面層が形成され、しかも、ＪＩＳ Ａ 硬度で３０度以上５８度以下の硬さに形成された弾性体層の外側に前記ダイヤモンドライクカーボン被膜が２０ｎｍ以上１μｍ以下の厚みで形成されていることからシワの発生も抑制させ得る。
すなわち、本発明によれば電子写真装置の印刷品質が低下することを防止し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の好ましい実施の形態について図を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態の帯電ローラの概略構成を示す斜視図である。
図２は、本実施形態の帯電ローラの側面図である。
【００１３】
図中の符号１は、電子写真感光体（図示せず）の表面を帯電させるべく、その外周面を前記電子写真感光体に接触させて電子写真装置に用いられる帯電ローラ（電子写真装置用帯電ローラ）を示している。
前記帯電ローラ１は、細長円柱状に形成されており、該円柱形状の中心軸方向に沿って延在する軸体（以下「導電性軸心２」ともいう）を有し、電子写真感光体の回転時に外周面を電子写真感光体の表面に接触させつつ中心軸周りに回転させ得るように前記導電性軸心２の両端部が支持されて電子写真装置に備えられる。
【００１４】
この帯電ローラ１には前記導電性軸心２の外側に弾性体層３が備えられており、該弾性体層３のさらに外側に帯電ローラ１の外周面をなす表面層４が備えられている。
本実施形態の帯電ローラ１は、“表面汚れ”や“傷”を抑制し得るように、前記表面層４がダイヤモンドライクカーボン被膜によって形成されている。
また、本実施形態の帯電ローラ１には、前記表面層４と前記弾性体層３との間に中間層５が備えられている。
前記弾性体層３は、その内周面を前記導電性軸心２の外周面に接触させており、前記中間層５は、その内周面を前記弾性体層３の外周面に接触させている。
前記中間層５と前記表面層４とは、該表面層４を構成するダイヤモンドライクカーボン被膜の成分が前記中間層５を構成する成分中に注入されてなるイオン注入層（図示せず）を介して積層されている。
すなわち、本実施形態の帯電ローラ１には、導電性軸心２から外周面側に向けて、弾性体層３、中間層５、イオン注入層、表面層４（ダイヤモンドライクカーボン被膜）の順となる４層の積層構造が形成されている。
【００１５】
前記導電性軸心２は、本実施形態においては、導電性を有する材料によって中空又は中実の丸棒状の外形となるように形成されている。
前記導電性の材料としては、例えば、銅、鉄、アルミニウム、ニッケル等の金属及びその合金が挙げられる。
なお、要すれば、前記帯電ローラ１の導電性軸心２として、前記弾性体層３と接する表面に溶融めっき、電解めっき、無電解めっきなどめっきが施されてなるものを用いることも可能である。
特に、強度、耐久性に優れるステンレス鋼に、導電性向上と、弾性体層との密着性向上とを図るべく無電解ニッケルめっきが施されたものが導電性軸心２として好適である。
【００１６】
前記弾性体層３は、カーボンブラックを含む導電性のポリマー組成物により形成されている。
しかも、ＪＩＳ Ａ 硬度で３０度以上５８度以下のいずれかの硬度となるように前記ポリマー組成物によって形成されている。
この弾性体層３を形成するポリマー組成物としては、ベースポリマーに、前記カーボンブラックとともに、各種添加剤を含むものが挙げられる。
【００１７】
この弾性体層３を形成するポリマー組成物のベースポリマーとしては、ポリウレタン、天然ゴム、クロロプレンゴム、スチレン−ブタジエン共重合体、エチレン−プロピレン共重合体（ＥＰＤＭ）、ブチルゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体（ＮＢＲ）、イソプレンゴム、シリコンゴム、エピクロルヒドリンゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド共重合体、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合体などを挙げることができ、これらの内の複数を組み合わせて用いることもできる。
なかでも、ＥＰＤＭは、熱老化特性などの物性面において優れており好適である。
【００１８】
前記カーボンブラックとしては、配合することによって弾性体層３の導電性を向上させうるものであれば特に限定されず、各種のカーボンブラックを使用することができる。市販のカーボンブラックとしては、例えば、商品名「ケッチェンブラックＥＣ」（ライオンアクゾ社製）を使用することができる。
このカーボンブラックは、弾性体層３の体積抵抗率の値が、通常、１０3〜１０9Ω・ｃｍのいずれかとなる量で前記ポリマー組成物に配合される。
【００１９】
前記添加剤としては、架橋剤、加工助剤、酸化防止剤等の機能性薬剤や、充填剤、顔料などといった一般にゴム、プラスチックスに用いられている配合剤を適宜選択して用いることができる。
【００２０】
なお、前記弾性体層３のＪＩＳ Ａ 硬度が上記のように３０度以上とされているのは、弾性体層３が３０度未満の硬度では柔軟過ぎて電子写真装置用として求められる強度を帯電ローラ１に付与とすることが困難になるばかりでなく、表面層４にシワを発生させるおそれを有するためである。
このシワの発生を、より確実に防止し得る点において、前記弾性体層３のＪＩＳ Ａ 硬度は、４５度以上であることが好適である。
一方で、弾性体層３のＪＩＳ Ａ 硬度が５８度以下とされているのは、弾性体層３が５８度を超える硬度であると電子写真装置用として求められる柔軟性を帯電ローラに付与することが困難になるばかりでなく、感光体の外周面に対する追従性が低下して十分な接触状態を確保することが困難となるためである。
【００２１】
なお、本明細書中における“ＪＩＳ Ａ 硬度”との用語は、ＪＩＳ Ｋ ７３１２に準じて、スプリング式タイプＡ硬さ試験機により標準的な環境下（例えば、温度２３±２℃、相対湿度５０±１０％）において測定される瞬時値を意図している。
そして弾性体層３がＪＩＳ Ａ 硬度でどのような硬度を有しているかについては、実際の帯電ローラ１から硬度測定用の試料を採取して測定してもよく、帯電ローラ１から硬度測定用の試料の採取が困難な場合には、弾性体層３の形成に用いられるポリマー組成物を用いてシート状のテストピースを別途作製して測定することも可能である。
【００２２】
前記中間層５は、熱可塑性樹脂がマトリックス樹脂に用いられた電気伝導性を有する樹脂組成物により体積抵抗率が１０4〜１０10Ω・ｃｍのいずれかとなるように形成されており、通常、５〜５０μｍの厚みで前記ダイヤモンドライクカーボン被膜の下地を構成すべく本実施形態の帯電ローラ１に設けられている。
この熱可塑性樹脂が用いられた中間層５（以下「導電性熱可塑性樹脂層５」ともいう）を構成する樹脂組成物には、粒径５μｍ以上の粒子が分散されており、該粒子は、導電性熱可塑性樹脂層５の外周面に突起部を形成させ、該突起部を有する導電性熱可塑性樹脂層５の上に前記イオン注入層をともなうダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させて前記イオン注入層及び前記表面層４を形成させることにより、帯電ローラ１（表面層４）の表面全体に微細な凹凸を形成させて感光体への放電ポイントが帯電ローラ１の表面に一様に形成されるように前記樹脂組成物中に分散されている。
【００２３】
この放電ポイントを帯電ローラ１の外周面に一様に形成させうる点において、前記導電性熱可塑性樹脂層５は、その外周面１ｍｍ2の範囲に粒径５〜２０μｍの粒子が２５〜２５０個含有され、且つ２０μｍを超える粒径を有する粒子の含有量が５個以下となるように形成されていることが好ましい。
また、帯電ローラ１の表面に他に比べて大きな凹凸形状が形成されると、その箇所においてより多くの放電が生じ、結果、放電ポイントに偏り生じてしまうこととなる。
このような点において、前記導電性熱可塑性樹脂層５を構成する樹脂組成物中には、３０μｍを超える粒径の粒子を含有させないことが好ましい。
【００２４】
なお、この粒径および個数については、シスメックス社製のフロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−２１００を用い、フロー式画像解析法によって測定することができる。
なお、フロー式画像解析法では、粒子を溶媒中に凝集を起こさずに分散させることが必要であり、粒子の材料に応じて、水、アルコール等を溶媒として選択することが好ましい。
また、粒子の画像は、通常、得られる画像が鮮明となるような撮影条件下に、対物レンズを通してＣＣＤカメラで静止画像として得ることができ、粒子の画像を画像解析して、投影面積と周囲長とから円相当径（面積基準）および円形度が算出される。
このようにして得られた円相当径および円径度を用い、二次元スキャッタグラムとして表示し、粒子の個数を計数し得る。
【００２５】
本実施形態においては、前記粒子として、無機物粒子または有機物粒子のいずれも採用することができ、例えば、無機物粒子としては、炭酸カルシウム粒子、二酸化ケイ素粒子、水酸化マグネシウム粒子などが挙げられ、有機物粒子としては、樹脂粒子などが挙げられる。
【００２６】
前記樹脂粒子としては、付加重合系ポリマー、重付加系ポリマー、重縮合系ポリマーまたは付加縮合系ポリマーが単独または複数混合された状態で用いられてなる粒子を例示することができる。
前記付加重合系ポリマーとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリロニトリル、ポリアクリルアミド、フッ素系樹脂、ポリアセタール、ポリエーテル系プラスチックが挙げられる。
前記重付加系ポリマーとしては、例えば、エポキシ樹脂、ポリウレタン、特に熱可塑性ポリウレタンが挙げられる。
前記重縮合系ポリマーとしては、例えば、アルキッド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、ポリスルホン系樹脂が挙げられる。
前記付加縮合系ポリマーとしては、フェノール樹脂、キシレン樹脂、アミノ樹脂が挙げられる。以上のポリマーは、単独の形態または混合物の形態で使用することができる。
なかでも、有機物粒子の構成材料として好適に使用しうるポリマーは、特にポリウレタン系ポリマー、ポリカーボネートポリマー、ポリエステルポリマーであって、これらのポリマーからなる粒子は、球形に近い粒子が得られ粒度分布が均一となるような重合様式（（例えば、溶液重合、塊状重合、懸濁重合、乳化重合、界面重合）が工業的に確立されていることから均質なものを得ることが容易である。
【００２７】
また、ポリマー自体が導電性を示す導電性ポリマーを、粒子を構成する材料として使用することができる。
導電性ポリマーには、一次元π電子共役系が連続する化学構造からなるポリマーに、適切なドーパントを添加したものや、適切なポリマーフィルムまたは繊維を不活性気体中で熱分解させることによりグラファイトのような二次元または三次元π電子共役系を形成したものが挙げられる。
一次元π電子共役系が連続する化学構造からなるポリマーとドーパントとの組合せとしては、ポリアセチレン（ＡｓＦ3）、ポリピロール（ＣｌＯ4）、ポリ（Ｎ−メチルピロール）（ＢＦ4）、ポリ（３−メチルピロール）（ＢＦ4）、ポリフラン（ＢＦ4）、ポリチオフェン（ＣｌＯ4）、ポリ（３−メチルチオフェン）（ＣｌＯ4）、ポリ（ｐ−フェニレンスルフィド）（ＡｓＦ5）、ポリ（ｐ−フェニレンセレニド）（ＡｓＦ5）、ポリ（ｐ−フェニレン）（ＡｓＦ5）、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（ＡｓＦ5）などを例示することができる。
また、二次元または三次元π電子共役系を形成したものとしては、アセトニトリルのプラズマ重合膜熱処理物、ポリイミドの熱処理物、ポリオキサジアゾールの熱処理物などを例示することができる。
【００２８】
このような粒子を分散させるマトリックス樹脂（熱可塑性樹脂）は、熱可塑性ポリウレタン、ポリアミド樹脂（特に脂肪族ポリアミド樹脂、例えばアルコール可溶性のポリアミド）、フッ素系樹脂（例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）／フッ素化オレフィン共重合体樹脂）などが好ましい。
【００２９】
また、前記導電性熱可塑性樹脂層５の形成に用いる樹脂組成物には、前記粒子および前記マトリックス樹脂以外に、カーボンブラック、金属酸化物（例えば酸化スズ、酸化チタンなど）、イオン性導電剤（例えば四級アンモニウム塩など）を含有させ得る。
前記カーボンブラックは、導電性熱可塑性樹脂層５に対する導電性付与を目的として含有されるものであり、例えば、ファーネストブラック、ランプブラック、サーマルブラック、アセチレンブラックなどを挙げることができる。
このカーボンブラックなどは、通常、導電性熱可塑性樹脂層５の体積抵抗率を１０4〜１０10Ω・ｃｍのいずれかとさせうるように樹脂組成物に含有される。
【００３０】
前記イオン注入層は、前記導電性熱可塑性樹脂層５のマトリックス樹脂中に、前記ダイヤモンドライクカーボン被膜の成分を拡散させて形成されており、表面層４を形成するダイヤモンドライクカーボン被膜を、例えば、プラズマイオン注入法などによって形成させることにより該ダイヤモンドライクカーボン被膜とともにその内側に形成されうる。
該イオン注入層は、前記導電性熱可塑性樹脂層５と前記表面層４との中間的性質を有することから、通常、高硬度に形成されるダイヤモンドライクカーボン被膜と、柔軟に形成される前記導電性熱可塑性樹脂層５との間における緩衝層として作用し、前記表面層４を形成するダイヤモンドライクカーボン被膜にシワが発生することを防止するための必須の構成である。
【００３１】
なお、厳密には、樹脂が用いられて形成された下地材の表面にダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させると、通常の方法であれば少なくとも下地表面の極浅い部分にその成分が侵入することにはなるが、本発明においては、このようなものまでをもイオン注入層として含めることは意図していない。
本発明におけるイオン注入層とは、緩衝作用に実質上機能させうるものを意図しており、通常、数ｎｍ以上（例えば、５ｎｍ以上）程度の厚みであれば、緩衝作用に実質上の機能を発揮させ得る。
その緩衝作用をより効果的に発揮させ得る点において、前記イオン注入層は、２０ｎｍ以上の厚みに形成されることが好ましい。
一方で、所定以上にイオン注入層の厚みを増大させても、緩衝作用をそれまで以上に発揮させることが困難となるばかりでなく、帯電ローラ１の製造に多大な手間を発生させるおそれを有する点において、最大でも１５０ｎｍの厚みとされることが好ましい。
このイオン注入層の厚みについては、例えば、ダイヤモンドライクカーボン被膜がプラズマイオン注入法によって形成されるような場合においては、プラズマ状態とされたダイヤモンドライクカーボン被膜の成分を下地（導電性熱可塑性樹脂層５）に向けて加速させる加速電圧などの電気的条件や、温度条件によって調整することができる。
【００３２】
このイオン注入層の厚みについては、例えば、その厚みが数ｍｍ〜数ｃｍとなるような倍率を選定して、走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡を用いて断面観察を実施し、任意に１０箇所程度の厚み測定を実施し、その算術平均によって求めることができる。
例えば、図４、図５は、中間層（導電性熱可塑性樹脂層）から表面層にかけての断面を透過型電子顕微鏡で観察した写真であり、この写真中央部を上下に縦断する濃色部分がイオン注入層である。
したがって、この濃色部分の幅を測定することでイオン注入層の厚みを求めることができる。
【００３３】
前記表面層４は、ダイヤモンドライクカーボン被膜によって形成されており、２０ｎｍ以上１μｍ以下の範囲の内のいずれかの厚みとなるように形成されている。
この表面層４を形成するダイヤモンドライクカーボンは、その成分が特に限定されるものではなく、摺動部材などに用いられている一般的なダイヤモンドライクカーボンと同様の炭素原子と水素原子との組成比を有するものを用いることができる。
また、炭素原子と水素原子以外に窒素原子やフッ素原子あるいは金属原子などが含有されたダイヤモンドライクカーボンも前記表面層４の形成に採用可能である。
ただし、炭素原子と水素原子以外の成分をあまり多く含有させると表面に十分なすべり性を付与することが困難となるおそれを有する。
このような点において、炭素原子と水素原子以外に含有される他の原子は、その含有量が合計で４０ｍｏｌ％以下であることが好適である。
【００３４】
なお、炭素原子と水素原子以外の成分としては、表面層４に対して適度な柔軟性を付与し得るとともに帯電ローラ表面の非粘着性をより向上させうる点においてフッ素原子が好適である。
また、フッ素原子を導入することで水などの液体に対する表面層４の接触角を調整させることもできる。
【００３５】
前記表面層４が、ダイヤモンドライクカーボンによって２０ｎｍ以上の厚みとなるよう形成されているのは、２０ｎｍ未満の厚みでは帯電ローラ１の外周面に十分なすべり性、非粘着性を付与することができず、短期間に“表面汚れ”が発生するおそれを有するためである。
一方で表面層４の厚みが１μｍ以下とされているのは、１μｍを超える厚みとすると帯電ローラ１の外周面（表面層の表面）にシワや割れが形成されやすくなり放電安定性の低下による印刷品質の低下を電子写真装置に発生させるおそれを有するためである。
なお、この表面層４の厚みについては、前記イオン注入層と同様に測定することができ、例えば、その厚みが数ｍｍ〜数ｃｍとなるような倍率を選定して、走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡を用いて断面観察を実施し、任意に１０箇所程度の厚み測定を実施し、その算術平均によって求めることができる。
【００３６】
以上のごとく構成されている帯電ローラ１は、ダイヤモンドライクカーボン被膜によって表面層４が形成されていることから表面のすべり性、非粘着性に優れ、仮に、クリーニングブレードにより電子写真感光体の表面のクリーニングがなされている箇所をトナーなどが通過して、当該帯電ローラ１と電子写真感光体との接触箇所に到達したとしてもこのトナーなどによる付着物が帯電ローラ１の表面に形成されることを抑制させ得る。
したがって、帯電ローラに“表面汚れ”が発生することを防止することができ、この“表面汚れ”によって電子写真装置の印刷品質が低下してしまうことを抑制させ得る。
しかも、このダイヤモンドライクカーボン被膜が、所定の硬度を有する弾性体層３の外側にイオン注入層を介して所定厚みに形成されていることにより、外周面にシワなどが発生されて帯電特性にバラツキが生じたりすることを抑制させ得る。
さらには、本実施形態の帯電ローラ１には、マトリックス樹脂に粒子が分散されてなる中間層５（導電性熱可塑性樹脂層５）が、前記表面層４と前記弾性体層３との間にさらに設けられており、前記中間層５が、１ｍｍ2の範囲に粒径５〜２０μｍの粒子が２５〜２５０個含有され、且つ２０μｍを超える粒径を有する粒子の含有量が５個以下となるように形成されていることから放電ポイントの偏りが抑制されうる。
したがって、本実施形態の帯電ローラによれば、優れた印刷品質を長期持続可能な電子写真装置を提供し得る。
【００３７】
次いで、本実施形態の電子写真装置用帯電ローラの製造方法について説明する。
この電子写真装置用帯電ローラの弾性体層３は、一般的なゴム製ローラの製造方法と同様の方法を採用することができ、例えば、ＥＰＤＭなどのベースポリマーにカーボンブラックなどの材料を定められた配合量で配合して未加硫状態のポリマー組成物を作製し、該ポリマー組成物を導電性軸心上に押し出し被覆して予備成形品を作製し、該予備成形品を加硫した後に表面研磨してその表面性状を均一化させることで形成することができる。
【００３８】
前記導電性熱可塑性樹脂層５の形成方法としては、前記マトリックス樹脂を溶解可能な溶媒中に前記樹脂組成物を分散させて塗工液を作製して、該塗工液を前記弾性体層３上にコーティングした後に乾燥させる方法等が挙げられる。
例えば、マトリックス樹脂と粒子などとを、前記溶媒とともに撹拌混合して塗工液を作製し、しかも、この塗工液の粘度が、例えば、５０〜３００ｍＰａ・ｓ程度となるように調節した後に、該塗工液を塗布、乾燥（例えば熱風乾燥）して溶媒を除去して、導電性熱可塑性樹脂層５を形成することができる。
前記塗工液の塗布方法としては、ロールコーターを用いるロール塗装法、ディッピング塗装法およびスプレー塗装（エアスプレーまたはエアレススプレー塗装）法、カーテンフロー塗装、ハケ塗り等が挙げられる。
【００３９】
さらに、前記イオン注入層は、前記導電性熱可塑性樹脂層上に、例えば、プラズマイオン注入法などによってダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させることにより該ダイヤモンドライクカーボン被膜にともなわせて形成させることができ、前記表面層４と同時に形成させることができる。
【００４０】
すなわち、プラズマイオン注入法においては、ダイヤモンドライクカーボン被膜の下地となる層にイオンが注入されて下地の表面近傍にイオン注入層が形成されることから導電性熱可塑性樹脂層上にダイヤモンドライクカーボン被膜を形成することにより導電性熱可塑性樹脂層の表面側をイオン注入層に変化させつつダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させることにより、イオン注入層と表面層４とを同時に形成させることができる。
【００４１】
このプラズマイオン注入法は、イオン注入層の形成によるダイヤモンドライクカーボン被膜のシワ防止のみならずダイヤモンドライクカーボン被膜の剥離強度の向上にも有効である。
特に、下地がダイヤモンドライクカーボンと大きく硬度が異なる導電性熱可塑性樹脂層や弾性体層である場合などの、他の形成方法では剥離が生じやすい場合において前記プラズマイオン注入法は好適な成膜方法であるといえる。
しかも、表面の凹凸などに対する追従性にも優れていることから、導電性熱可塑性樹脂層５の外周面に形成されている突起部の形状を帯電ローラ１の表面状態に反映させやすい。
したがって、帯電ローラ１の表面全体に放電ポイントが一様に形成されるという効果も奏する。
【００４２】
このプラズマイオン注入法の中でも、特に、炭素や水素などの正イオンを含むプラズマを発生させた状態で、ダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させる対象物（以下「被加工体」ともいう）に対して正のパルス電圧を印加し、引き続き負のパルス電圧を印加することで前記正イオンを被加工体に注入させてイオン注入層を形成しつつダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させる方法が特に好適である。
【００４３】
このような正負パルス電圧を印加してダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させる方法について、図３を参照しつつさらに詳しく説明する。
図３は、本実施形態の帯電ローラの製造に用いるのに好適なプラズマイオン注入成膜装置の概略図であり、このプラズマイオン注入成膜装置は、ダイヤモンドライクカーボン被膜が施される前の帯電ローラの半製品１ｘ（導電性軸心上に導電性熱可塑性樹脂層まで形成されたもの）が収容され、該半製品１ｘにイオン注入層をともなうダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させるための真空チャンバー１００、前記半製品１ｘに対して正負パルス電圧を印加すべく導電性軸心に対して電気的に接続される正負パルス電圧印加ライン２００、真空チャンバー１００内にダイヤモンドライクカーボンの形成原料となる原料ガスをプラズマ状態にさせるべく設けられたプラズマ励起用アンテナ３００、前記半製品１ｘの周囲に高密度のプラズマ及び高濃度のラジカルを発生させるべく半製品１ｘとプラズマ励起用アンテナ３００との間に設けられ、しかも、半製品１ｘに接触しないように僅かに離間した位置に配された高電圧パルス印加電極４００、及び前記高電圧パルス印加電極４００に高電圧の負のパルス電圧を印加するための高電圧パルス印加ライン５００とを有している。
【００４４】
このようなプラズマイオン注入成膜装置を用いてダイヤモンドライクカーボン被膜を半製品１ｘ上に形成させて帯電ローラを完成させるには、例えば、導電性軸心に正負パルス電圧印加ライン２００を接続した状態で真空チャンバー１００内に半製品１ｘを収容させ、導電性熱可塑性樹脂層の表面にクリーニング処理工程を行った後に、ダイヤモンドライクカーボン被膜形成工程を行う方法を採用しうる。
【００４５】
このクリーニング処理工程は、真空チャンバー１００の内部が、例えば０．０１Ｐａ以下の高真空となるように排気を行った後、水素ガスとアルゴンガスとの混合ガス（例えば、水素ガス／アルゴンガス＝２０／８０の比率で混合された混合ガス）を導入して真空チャンバー１００内の圧力が０．１〜１．０Ｐａ程度となるように調整し、周波数が数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ、出力が０．１ｋＷ〜数ｋＷ、持続時間が数マイクロ秒〜１００マイクロ秒のラジオ波（ＲＦ）をプラズマ励起用アンテナ３００に印加して放電プラズマを励起させ、その直後に高電圧パルス印加用電極に１０ｋＶ〜３０ｋＶ程度の高電圧パルスを印加して半製品１ｘの表面に高密度プラズマを発生させるとともに、導電性軸心に数ｋＶ程度の負のパルス電圧を印加して実施することができる。
【００４６】
また、ダイヤモンドライクカーボン被膜形成工程は、前記クリーニング工程後、真空チャンバー１００の内部を再び圧力が０．０１Ｐａ以下となるように排気を実施した後、原料ガスを導入して実施されうる。
なお、この原料ガスとしては、特に限定されるものではなく、例えば、アセチレン、メタン、エタン、ベンゼン、トルエンなどの炭化水素系ガスや、二フッ化炭素、四フッ化炭素、フッ化アルゴンなどのフッ素含有ガスなどを単独または複数混合して用いることができる。
そして、この原料ガスを導入させた状態で真空チャンバー１００の内部の圧力を０．５〜１Ｐａ程度に保持して、プラズマ励起用アンテナ３００によって原料ガスをプラズマ状態にさせるとともに、高電圧パルス印加電極４００によって前記半製品１ｘの周囲に高密度のプラズマ及び高濃度のラジカルを発生させつつ正負パルス電圧印加ライン２００で芯金に正負パルス電圧を印加することにより炭素、水素、フッ素などの原料ガスに含有されている成分による正イオンを高エネルギーで導電性熱可塑性樹脂層に注入させてイオン注入層を形成させるとともにダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させることができる。
【００４７】
なお、このときの高電圧パルス印加電極４００には、例えば、高電圧パルス印加ライン５００によって、高電圧パルスとしてパルス波高が５ｋＶ〜３０ｋＶ程度（例えば、１５ｋＶ）、パルス幅が１マイクロ秒〜数十マイクロ秒（例えば、１０マイクロ秒）の負のパルス電圧を印加させることで高密度のプラズマを発生させうる。
【００４８】
また、導電性軸心に対しては、例えば、正負パルス電圧印加ライン２００によって、パルス波高が１ｋＶ〜５ｋＶ（例えば、２ｋＶ）、パルス幅１マイクロ秒〜数十マイクロ秒（例えば、１０マイクロ秒）の正のパルス電圧を印加した後、瞬時に反転するパルス波高が１ｋＶ〜５ｋＶ（例えば、２ｋＶ）、パルス幅が１マイクロ秒〜数十マイクロ秒（例えば、１０マイクロ秒）の負のパルス電圧を印加し、この一対の正負パルス電圧を繰り返し周期１ミリ秒程度で所定の時間印加することで均質で剥離強度の高いダイヤモンドライクカーボン被膜をイオン注入層を介して導電性熱可塑性樹脂層の上に形成させうる。
なお、正負パルス電圧の印加については、正パルス電圧と、負パルス電圧とをそれぞれ所定の間隔を設けて繰り返し印加させる方法や、一波長分の正弦波パルス電圧を所定間隔を設けて繰り返し印加させる方法を採用することができる。
【００４９】
この正のパルス電圧に引き続き負のパルス電圧を半製品に印加してイオン注入層をともなうダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させる方法は、特に、本実施形態の電子写真装置用帯電ローラの弾性体層、導電性熱可塑性樹脂層のごとく体積抵抗率が比較的高い材質のものの表面にダイヤモンドライクカーボン被膜を成膜する場合に有効である。
例えば、帯電ローラの弾性体層は、通常、先述のような体積抵抗率となるように形成されていることから正のパルス電圧を印加することでこの弾性体層の上に形成されている導電性熱可塑性樹脂層の表面近傍のプラズマから電子を加速させた状態で導電性熱可塑性樹脂層に入射させることができ表面を負帯電させることができる。
そして、引き続いて実施される負のパルス電圧の印加によって、導電性熱可塑性樹脂層の表面近傍のプラズマから正イオンが加速されて導電性熱可塑性樹脂層に入射してイオン注入層が形成されることとなる。
したがって、正負パルス電圧対を印加することによって、はじめの正のパルス電圧の印加時に導電性熱可塑性樹脂層の表面に生じた負帯電の分だけ大きなエネルギーで正イオンを導電性熱可塑性樹脂層に注入させることができる。
このことにより、他のダイヤモンドライクカーボン成膜形成方法に比べて弾性体層や導電性熱可塑性樹脂層が低温となる状態でダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させることができ、ダイヤモンドライクカーボンによる表面層の形成時と電子写真装置内での運転時との温度差を減少させることができる。
このことによって熱による膨張、収縮が抑制されることとなり、ダイヤモンドライクカーボン被膜にシワなどが形成されることがよりいっそう抑制される。
しかも、正負パルス電圧対を印加することにより、負パルス電圧のみを印加する場合に比べて局所的な電荷の偏りを防止することができ均質なダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させうる。
【００５０】
なお、本実施形態においては、表面層（ダイヤモンドライクカーボン被膜）を優れた剥離強度で形成させうることから、プラズマイオン注入法の中でも、特に、炭素や水素などの正イオンを含むプラズマを発生させた状態で、ダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させる対象物に対して正のパルス電圧を印加し、引き続き負のパルス電圧を印加することで前記正イオンを被加工体に注入させてイオン注入層を形成しつつダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させる方法を例示しているが、本発明においては、ダイヤモンドライクカーボンによって表面層を形成させる方法を上記のような方法に限定するものではない。
【００５１】
また、本実施形態においては、イオン注入層をともなうダイヤモンドライクカーボン被膜が導電性熱可塑性樹脂層上に形成された帯電ローラを例示しているが、例えば、弾性体層上にイオン注入層を介してダイヤモンドライクカーボン被膜（表面層）が形成された帯電ローラも本発明の意図する範囲である。
【００５２】
なお、本発明の電子写真装置は、このダイヤモンドライクカーボン被膜によって表面層が形成されている帯電ローラに加えて、現像ローラや感光体といった従来公知の構成を採用して形成することができ、このような帯電ローラを備えていることによって使用開始直後の優れた印刷品質を長期間にわたって維持させうる。
【実施例】
【００５３】
次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１〜８、比較例１〜１０）
（帯電ローラの形成）
（弾性体層の形成）
ＥＰＤＭがベースポリマーとして用いられたポリマー組成物を押出し機によって押出して、該押出し機の先端部に設けられたクロスヘッドを、直径６ｍｍの導電性軸心を通過させて導電性軸心の外側にポリマー組成物を被覆し、金型を用いた加硫を実施した後に、表面を円筒研削盤にて外径が８．５ｍｍとなるように研削し弾性体層を形成させた。
なお、各実施例、比較例の帯電ローラの弾性体層は、その配合を調整することにより表１、２に示す硬度（ＪＩＳ Ａ 硬度）となるように作製した。
【００５４】
（導電性熱可塑性樹脂層の形成）
（塗工液の調整）
まず、下記の配合によって塗工液を作製した。
＜配合＞
熱可塑性ポリウレタン塗料：１００重量部
カーボンブラック：２０重量部
有機物粒子：４重量部
溶媒（ジメチルフォルムアミド）： 適宜
なお、「熱可塑性ポリウレタン塗料」には、大日精化工業社製の商品名「ＭＥ−８１１５ＬＰ」（樹脂分３０重量％）を用い、カーボンブラックには、東海カーボン社製の商品名「トーカブラックＴＢ５５００」を用い、「有機物粒子」には、大日精化工業社製のポリマー粒子（商品名「ダイニックビーズＵＣＮ−５１５０クリヤー」、粒度調整品（５μｍ以下及び２０μｍ以上の粒子をカット））を用いた。
（塗布、乾燥）
導電性軸心上に弾性体層を形成させたものに前記塗工液をディップコートし、７０℃×１０分間の一次乾燥の後、１００℃×３０分の二次乾燥を実施し、さらに、１５０℃×２０分間の三次乾燥を実施して乾燥後の厚みが４０μｍの導電性熱可塑性樹脂層を形成させた。
なお、この導電性熱可塑性樹脂層の厚みの調整は、塗工液の粘度を溶媒（ジメチルフォルムアミド）で調整することにより実施した。
【００５５】
（表面層の形成）
さらに、実施例１〜８、及び、比較例２〜５においては、この導電性熱可塑性樹脂層の表面に、正負パルス電圧対を印加するプラズマイオン注入法により表１、２に示す厚みとなるようにダイヤモンドライクカーボン被膜を設けて表面層を形成させた。
このとき原料ガスを調整してダイヤモンドライクカーボン中のフッ素原子含有量（フッ素導入量）を表１、２の割合（「フッ素含有量」、単位：ｍｏｌ％）となるよう調整した。
なお、この実施例１〜８、及び、比較例２〜５の帯電ローラには、イオン注入層が約６０ｎｍの厚みで形成されていることが電子顕微鏡による観察によって確認された。
【００５６】
一方で、比較例６、７の帯電ローラは、イオン注入層を形成させることなくダイヤモンドライクカーボン被膜を形成し、比較例１、８〜１０の帯電ローラには、ダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させなかった。
この内、比較例１、８は表面層自体を設けずに導電性熱可塑性樹脂層が最表面側となるようにした。ただし、比較例８は、この導電性熱可塑性樹脂層の表面の非粘着性を向上させるべく紫外線処理を実施した。
【００５７】
また、比較例９の帯電ローラについては、ダイヤモンドライクカーボン被膜に代えて導電性熱可塑性樹脂層の表面にフッ素樹脂系コーティング剤（大日本インキ社製、商品名「ディフェンサ ＴＲ−３０６」）を用いたコーティング被膜を設けて表面層を形成させた。
より詳しくは、下記配合による塗工液を調整して実施例１〜８の帯電ローラにおける導電性熱可塑性樹脂層の形成と同様にディップコートし、同条件による乾燥を実施して４０μｍの厚みの層を形成させた。
＜比較例９の表面層配合＞
コーティング剤：１００重量部
カーボンブラック：１５重量部
有機物粒子：３重量部
溶媒（メチルエチルケトン）： 適宜
なお、「コーティング剤」には、上記に示したように大日本インキ社製、商品名「ディフェンサ ＴＲ−３０６」（樹脂分２０重量％）を用い、カーボンブラックには、東海カーボン社製の商品名「トーカブラックＴＢ５５００」を用い、「有機物粒子」には、大日精化工業社製のポリマー粒子（商品名「ダイニックビーズＵＣＮ−５１５０クリヤー」、粒度調整品（５μｍ以下及び２０μｍ以上の粒子をカット））を用いた。
【００５８】
さらに、比較例１０の帯電ローラについては、ダイヤモンドライクカーボン被膜の形成に代えて、テトラフロロエチレン−パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）が用いられてなる導電性のチューブ（厚み１００μｍ）を導電性熱可塑性樹脂層に外嵌させて表面層を形成した。
【００５９】
（評価）
（外観評価）
このようにして形成された各実施例、比較例の帯電ローラの表面における“シワ”、“割れ”などの発生状況を目視にて観察した。
結果を、表１、２に示す。
【００６０】
（水接触角評価）
各実施例、比較例の帯電ローラの表面の水接触角をＪＩＳ Ｒ ３２５７（１９９９）に準拠して求めた。
結果を表１、２に示す。
【００６１】
（電気抵抗値の測定）
帯電ローラの表面に接着させた箔電極と導電性軸心との間に直流電圧（５００Ｖ）を印加して各実施例、比較例の帯電ローラの導電性軸心から表面にいたるまでの体積抵抗率を求めた。
結果を表１、２に示す。
【００６２】
（実機評価）
各実施例、比較例の帯電ローラを実際の電子写真装置（ＨＰ社製カラーレーザープリンタ「Ｃｏｌｏｒ Ｌａｓｅｒ Ｊｅｔ ３５００」の黒カートリッジ）に装着させて“表面汚れ”の発生状況、ならびに、印刷品質の低下状況についての評価試験を実施した。
なお両評価試験は、帯電バイアス直流電圧を調整して電子写真感光体の表面に−４５０Ｖの表面電位が発生するようにし、電子写真装置を常温低湿度環境下（２３℃、相対湿度１０％）に設置して、Ａ４上質紙に対して５％画像濃度にて連続印刷して実施した。
また、両両評価試験とも、評価中にトナー切れが生じた際には、そのカートリッジから帯電ローラと感光体とを取り外して新たなカートリッジに移設して試験を継続させた。
【００６３】
（“表面汚れ”の評価試験）
“表面汚れ”の評価においては、印刷枚数３０００枚ごとに１２０００枚まで、帯電ローラの表面を目視にて観察し、汚れが殆ど見られない場合を「◎」、表面がやや白化している場合あるいは印刷画像に影響しない白スジがごく薄く観察された場合を「○」、表面全体が白化している場合あるいは印刷画像に影響しない白スジが部分的に観察された場合を「△」、表面が顕著に白化している場合あるいは画像に影響が出る白スジが観察された場合を「×」として判定した。
この判定結果ならびに評価終了後の帯電ローラの表面の状態（途中で評価を終えたものは、その際の表面状態、その他は、１２０００枚印刷後の表面状態）を表１、２に示す。
【００６４】
（印刷品質の評価試験）
印刷画像の品質を、印刷開始直後、ならびに、印刷枚数３０００枚ごとに１２０００枚まで目視にて観察した。
結果を表１、２に示す。
【００６５】
【表１】
【００６６】
【表２】
【００６７】
この表からも、本発明の帯電ローラによれば電子写真装置の印刷品質の低下を防止させ得ることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】一実施形態の電子写真装置用帯電ローラを示す斜視図。
【図２】同帯電ローラの側面図。
【図３】ダイヤモンドライクカーボン被膜（表面層）形成方法を示す概略図。
【図４】中間層/イオン注入層/ダイヤモンドライクカーボン被膜（表面層）の断面の様子を示す図（ＳＥＭ写真）。
【図５】中間層/イオン注入層/ダイヤモンドライクカーボン被膜（表面層）の断面の様子を示す図（ＳＥＭ写真）。
【符号の説明】
【００６９】
１：電子写真装置用帯電ローラ、２：導電性軸心、３：弾性体層、４：表面層（ダイヤモンドライクカーボン被膜）、５：導電性熱可塑性樹脂層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真装置用帯電ローラならびに電子写真装置に関し、より詳しくは、電子写真感光体の表面を帯電させるべく、外周面を前記電子写真感光体に接触させて用いられる電子写真装置用帯電ローラと、このような電子写真装置用帯電ローラが備えられている電子写真装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子写真装置用感光体（以下、単に「感光体」ともいう）の表面を帯電処理する手段として、導電性の帯電部材をかかる感光体の表面に接触させる接触帯電方式が採用されている。
この接触帯電方式においては、導電性の帯電部材として電子写真装置用帯電ローラ（以下、単に「帯電ローラ」ともいう）が用いられており、この帯電ローラを感光体に加圧接触させ、ある種の閾値電圧を超える電圧を印加することによって感光体を帯電させることが行われている。
【０００３】
この帯電ローラにおいては、使用期間中に発生する問題点として“表面汚れ”と呼ばれる現象が知られている。
この“表面汚れ”とは、例えば、感光体の表面に付着しているカーボントナーなどがクリーニングブレードをすり抜け、感光体と帯電ローラとの接触箇所に到達して帯電ローラの表面に圧接されることによってその表面に付着してしまう現象であり、このような付着物が帯電ローラの表面に形成されると電子写真装置の印刷品質を低下させることから、この“表面汚れ”を防止することが強く求められている。
【０００４】
このような問題に対し、近年、導電性軸心の外側に設けられた弾性体層に、フッ素系樹脂が用いられてなるシームレスチューブを外嵌させて帯電ローラを形成させることが検討されたりしている（例えば、下記特許文献１）。
すなわち、フッ素系樹脂によって表面層を形成させることにより、汚れの原因となる物質が帯電ローラの表面に付着すること防止すると共に、仮に付着しても帯電ローラの表面から脱落しやすくさせることで電子写真装置の印刷品質の低下を防止することが検討されている。
【０００５】
また、このようなシームレスチューブを用いた方法に加えて、フッ素系樹脂が用いられたコーティング剤によって表面層を形成させる方法や、弾性体層の表面に紫外線照射を行って表面改質させる方法などが検討されている。
この内、フッ素系樹脂を用いる場合には、帯電ローラの表面のすべり性、非粘着性を向上させることができ、汚れの原因となる物質が付着することを防止し得るもののフッ素系樹脂は、一般に軟質であることから表面に傷を発生させやすく、この傷を原因とした印刷品質の低下を招くおそれを有する。
また、弾性体層の表面を紫外線で改質する方法は、帯電ローラの表面のすべり性、非粘着性を十分向上させることが困難で、“表面汚れ”を十分防止することができずに電子写真装置の印刷品質を低下させるおそれを有する。
すなわち、従来の帯電ローラは、電子写真装置の印刷品質の低下を防止することが困難であるという問題を有している。
したがって、従来の電子写真装置は、優れた印刷品質を長期間維持することが困難であるという問題を有している。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−３２５５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、電子写真装置の印刷品質の低下を防止させ得る電子写真装置用帯電ローラならびに優れた印刷品質を長期間維持させ得る電子写真装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、電子写真感光体の表面を帯電させるべく、外周面を前記電子写真感光体に接触させて用いられる電子写真装置用帯電ローラであって、ＪＩＳ Ａ 硬度で３０度以上５８度以下の硬さに形成された弾性体層が導電性軸心の外側に設けられており、該弾性体層のさらに外側には、前記電子写真感光体に接触される表面層が設けられており、該表面層が内側にイオン注入層をともなうダイヤモンドライクカーボン被膜で形成されており、該ダイヤモンドライクカーボン被膜の厚みが２０ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする電子写真装置用帯電ローラを提供する。
【０００９】
また、本発明は、電子写真感光体と、該電子写真感光体の表面を帯電させるべく外周面を前記電子写真感光体に接触させて用いられる電子写真装置用帯電ローラとが備えられている電子写真装置であって、前記帯電ローラは、ＪＩＳ Ａ 硬度で３０度以上５８度以下の硬さに形成された弾性体層を導電性軸心の外側に有し、該弾性体層のさらに外側に、前記電子写真感光体に接触される表面層が設けられており、該表面層が内側にイオン注入層をともなうダイヤモンドライクカーボン被膜で形成され、該ダイヤモンドライクカーボン被膜の厚みが２０ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする電子写真装置を提供する。
【００１０】
なお、本明細書中における、“ダイヤモンドライクカーボン”との用語は、炭素と水素とを主たる成分とし、炭素−炭素の結合状態がダイヤモンド構造とグラファイト構造とが混在するアモルファスな状態に形成されているものを意味しており、炭素と水素のみを成分とするもののみならず、これらに加えて窒素原子、フッ素原子あるいは金属原子などを含有するものも含む意味で用いている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電子写真装置用帯電ローラには、ダイヤモンドライクカーボン被膜によって形成された表面層が備えられている。
このダイヤモンドライクカーボン被膜は、通常、優れたすべり性ならびに非粘着性を示し、しかも、フッ素系樹脂に比べて十分硬質なものである。
したがって、“表面汚れ”ならびに“傷”が帯電ローラの表面に形成されることを抑制し得る。
しかも、単なるダイヤモンドライクカーボン被膜によって形成された表面層を弾性体層の外側に設けるだけでは、帯電ローラの表面にシワが発生して印刷品質の低下を招くおそれがあるところ、本発明においては、内側にイオン注入層をともなうダイヤモンドライクカーボン被膜によって表面層が形成され、しかも、ＪＩＳ Ａ 硬度で３０度以上５８度以下の硬さに形成された弾性体層の外側に前記ダイヤモンドライクカーボン被膜が２０ｎｍ以上１μｍ以下の厚みで形成されていることからシワの発生も抑制させ得る。
すなわち、本発明によれば電子写真装置の印刷品質が低下することを防止し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の好ましい実施の形態について図を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態の帯電ローラの概略構成を示す斜視図である。
図２は、本実施形態の帯電ローラの側面図である。
【００１３】
図中の符号１は、電子写真感光体（図示せず）の表面を帯電させるべく、その外周面を前記電子写真感光体に接触させて電子写真装置に用いられる帯電ローラ（電子写真装置用帯電ローラ）を示している。
前記帯電ローラ１は、細長円柱状に形成されており、該円柱形状の中心軸方向に沿って延在する軸体（以下「導電性軸心２」ともいう）を有し、電子写真感光体の回転時に外周面を電子写真感光体の表面に接触させつつ中心軸周りに回転させ得るように前記導電性軸心２の両端部が支持されて電子写真装置に備えられる。
【００１４】
この帯電ローラ１には前記導電性軸心２の外側に弾性体層３が備えられており、該弾性体層３のさらに外側に帯電ローラ１の外周面をなす表面層４が備えられている。
本実施形態の帯電ローラ１は、“表面汚れ”や“傷”を抑制し得るように、前記表面層４がダイヤモンドライクカーボン被膜によって形成されている。
また、本実施形態の帯電ローラ１には、前記表面層４と前記弾性体層３との間に中間層５が備えられている。
前記弾性体層３は、その内周面を前記導電性軸心２の外周面に接触させており、前記中間層５は、その内周面を前記弾性体層３の外周面に接触させている。
前記中間層５と前記表面層４とは、該表面層４を構成するダイヤモンドライクカーボン被膜の成分が前記中間層５を構成する成分中に注入されてなるイオン注入層（図示せず）を介して積層されている。
すなわち、本実施形態の帯電ローラ１には、導電性軸心２から外周面側に向けて、弾性体層３、中間層５、イオン注入層、表面層４（ダイヤモンドライクカーボン被膜）の順となる４層の積層構造が形成されている。
【００１５】
前記導電性軸心２は、本実施形態においては、導電性を有する材料によって中空又は中実の丸棒状の外形となるように形成されている。
前記導電性の材料としては、例えば、銅、鉄、アルミニウム、ニッケル等の金属及びその合金が挙げられる。
なお、要すれば、前記帯電ローラ１の導電性軸心２として、前記弾性体層３と接する表面に溶融めっき、電解めっき、無電解めっきなどめっきが施されてなるものを用いることも可能である。
特に、強度、耐久性に優れるステンレス鋼に、導電性向上と、弾性体層との密着性向上とを図るべく無電解ニッケルめっきが施されたものが導電性軸心２として好適である。
【００１６】
前記弾性体層３は、カーボンブラックを含む導電性のポリマー組成物により形成されている。
しかも、ＪＩＳ Ａ 硬度で３０度以上５８度以下のいずれかの硬度となるように前記ポリマー組成物によって形成されている。
この弾性体層３を形成するポリマー組成物としては、ベースポリマーに、前記カーボンブラックとともに、各種添加剤を含むものが挙げられる。
【００１７】
この弾性体層３を形成するポリマー組成物のベースポリマーとしては、ポリウレタン、天然ゴム、クロロプレンゴム、スチレン−ブタジエン共重合体、エチレン−プロピレン共重合体（ＥＰＤＭ）、ブチルゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体（ＮＢＲ）、イソプレンゴム、シリコンゴム、エピクロルヒドリンゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド共重合体、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合体などを挙げることができ、これらの内の複数を組み合わせて用いることもできる。
なかでも、ＥＰＤＭは、熱老化特性などの物性面において優れており好適である。
【００１８】
前記カーボンブラックとしては、配合することによって弾性体層３の導電性を向上させうるものであれば特に限定されず、各種のカーボンブラックを使用することができる。市販のカーボンブラックとしては、例えば、商品名「ケッチェンブラックＥＣ」（ライオンアクゾ社製）を使用することができる。
このカーボンブラックは、弾性体層３の体積抵抗率の値が、通常、１０3〜１０9Ω・ｃｍのいずれかとなる量で前記ポリマー組成物に配合される。
【００１９】
前記添加剤としては、架橋剤、加工助剤、酸化防止剤等の機能性薬剤や、充填剤、顔料などといった一般にゴム、プラスチックスに用いられている配合剤を適宜選択して用いることができる。
【００２０】
なお、前記弾性体層３のＪＩＳ Ａ 硬度が上記のように３０度以上とされているのは、弾性体層３が３０度未満の硬度では柔軟過ぎて電子写真装置用として求められる強度を帯電ローラ１に付与とすることが困難になるばかりでなく、表面層４にシワを発生させるおそれを有するためである。
このシワの発生を、より確実に防止し得る点において、前記弾性体層３のＪＩＳ Ａ 硬度は、４５度以上であることが好適である。
一方で、弾性体層３のＪＩＳ Ａ 硬度が５８度以下とされているのは、弾性体層３が５８度を超える硬度であると電子写真装置用として求められる柔軟性を帯電ローラに付与することが困難になるばかりでなく、感光体の外周面に対する追従性が低下して十分な接触状態を確保することが困難となるためである。
【００２１】
なお、本明細書中における“ＪＩＳ Ａ 硬度”との用語は、ＪＩＳ Ｋ ７３１２に準じて、スプリング式タイプＡ硬さ試験機により標準的な環境下（例えば、温度２３±２℃、相対湿度５０±１０％）において測定される瞬時値を意図している。
そして弾性体層３がＪＩＳ Ａ 硬度でどのような硬度を有しているかについては、実際の帯電ローラ１から硬度測定用の試料を採取して測定してもよく、帯電ローラ１から硬度測定用の試料の採取が困難な場合には、弾性体層３の形成に用いられるポリマー組成物を用いてシート状のテストピースを別途作製して測定することも可能である。
【００２２】
前記中間層５は、熱可塑性樹脂がマトリックス樹脂に用いられた電気伝導性を有する樹脂組成物により体積抵抗率が１０4〜１０10Ω・ｃｍのいずれかとなるように形成されており、通常、５〜５０μｍの厚みで前記ダイヤモンドライクカーボン被膜の下地を構成すべく本実施形態の帯電ローラ１に設けられている。
この熱可塑性樹脂が用いられた中間層５（以下「導電性熱可塑性樹脂層５」ともいう）を構成する樹脂組成物には、粒径５μｍ以上の粒子が分散されており、該粒子は、導電性熱可塑性樹脂層５の外周面に突起部を形成させ、該突起部を有する導電性熱可塑性樹脂層５の上に前記イオン注入層をともなうダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させて前記イオン注入層及び前記表面層４を形成させることにより、帯電ローラ１（表面層４）の表面全体に微細な凹凸を形成させて感光体への放電ポイントが帯電ローラ１の表面に一様に形成されるように前記樹脂組成物中に分散されている。
【００２３】
この放電ポイントを帯電ローラ１の外周面に一様に形成させうる点において、前記導電性熱可塑性樹脂層５は、その外周面１ｍｍ2の範囲に粒径５〜２０μｍの粒子が２５〜２５０個含有され、且つ２０μｍを超える粒径を有する粒子の含有量が５個以下となるように形成されていることが好ましい。
また、帯電ローラ１の表面に他に比べて大きな凹凸形状が形成されると、その箇所においてより多くの放電が生じ、結果、放電ポイントに偏り生じてしまうこととなる。
このような点において、前記導電性熱可塑性樹脂層５を構成する樹脂組成物中には、３０μｍを超える粒径の粒子を含有させないことが好ましい。
【００２４】
なお、この粒径および個数については、シスメックス社製のフロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−２１００を用い、フロー式画像解析法によって測定することができる。
なお、フロー式画像解析法では、粒子を溶媒中に凝集を起こさずに分散させることが必要であり、粒子の材料に応じて、水、アルコール等を溶媒として選択することが好ましい。
また、粒子の画像は、通常、得られる画像が鮮明となるような撮影条件下に、対物レンズを通してＣＣＤカメラで静止画像として得ることができ、粒子の画像を画像解析して、投影面積と周囲長とから円相当径（面積基準）および円形度が算出される。
このようにして得られた円相当径および円径度を用い、二次元スキャッタグラムとして表示し、粒子の個数を計数し得る。
【００２５】
本実施形態においては、前記粒子として、無機物粒子または有機物粒子のいずれも採用することができ、例えば、無機物粒子としては、炭酸カルシウム粒子、二酸化ケイ素粒子、水酸化マグネシウム粒子などが挙げられ、有機物粒子としては、樹脂粒子などが挙げられる。
【００２６】
前記樹脂粒子としては、付加重合系ポリマー、重付加系ポリマー、重縮合系ポリマーまたは付加縮合系ポリマーが単独または複数混合された状態で用いられてなる粒子を例示することができる。
前記付加重合系ポリマーとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリロニトリル、ポリアクリルアミド、フッ素系樹脂、ポリアセタール、ポリエーテル系プラスチックが挙げられる。
前記重付加系ポリマーとしては、例えば、エポキシ樹脂、ポリウレタン、特に熱可塑性ポリウレタンが挙げられる。
前記重縮合系ポリマーとしては、例えば、アルキッド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、ポリスルホン系樹脂が挙げられる。
前記付加縮合系ポリマーとしては、フェノール樹脂、キシレン樹脂、アミノ樹脂が挙げられる。以上のポリマーは、単独の形態または混合物の形態で使用することができる。
なかでも、有機物粒子の構成材料として好適に使用しうるポリマーは、特にポリウレタン系ポリマー、ポリカーボネートポリマー、ポリエステルポリマーであって、これらのポリマーからなる粒子は、球形に近い粒子が得られ粒度分布が均一となるような重合様式（（例えば、溶液重合、塊状重合、懸濁重合、乳化重合、界面重合）が工業的に確立されていることから均質なものを得ることが容易である。
【００２７】
また、ポリマー自体が導電性を示す導電性ポリマーを、粒子を構成する材料として使用することができる。
導電性ポリマーには、一次元π電子共役系が連続する化学構造からなるポリマーに、適切なドーパントを添加したものや、適切なポリマーフィルムまたは繊維を不活性気体中で熱分解させることによりグラファイトのような二次元または三次元π電子共役系を形成したものが挙げられる。
一次元π電子共役系が連続する化学構造からなるポリマーとドーパントとの組合せとしては、ポリアセチレン（ＡｓＦ3）、ポリピロール（ＣｌＯ4）、ポリ（Ｎ−メチルピロール）（ＢＦ4）、ポリ（３−メチルピロール）（ＢＦ4）、ポリフラン（ＢＦ4）、ポリチオフェン（ＣｌＯ4）、ポリ（３−メチルチオフェン）（ＣｌＯ4）、ポリ（ｐ−フェニレンスルフィド）（ＡｓＦ5）、ポリ（ｐ−フェニレンセレニド）（ＡｓＦ5）、ポリ（ｐ−フェニレン）（ＡｓＦ5）、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（ＡｓＦ5）などを例示することができる。
また、二次元または三次元π電子共役系を形成したものとしては、アセトニトリルのプラズマ重合膜熱処理物、ポリイミドの熱処理物、ポリオキサジアゾールの熱処理物などを例示することができる。
【００２８】
このような粒子を分散させるマトリックス樹脂（熱可塑性樹脂）は、熱可塑性ポリウレタン、ポリアミド樹脂（特に脂肪族ポリアミド樹脂、例えばアルコール可溶性のポリアミド）、フッ素系樹脂（例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）／フッ素化オレフィン共重合体樹脂）などが好ましい。
【００２９】
また、前記導電性熱可塑性樹脂層５の形成に用いる樹脂組成物には、前記粒子および前記マトリックス樹脂以外に、カーボンブラック、金属酸化物（例えば酸化スズ、酸化チタンなど）、イオン性導電剤（例えば四級アンモニウム塩など）を含有させ得る。
前記カーボンブラックは、導電性熱可塑性樹脂層５に対する導電性付与を目的として含有されるものであり、例えば、ファーネストブラック、ランプブラック、サーマルブラック、アセチレンブラックなどを挙げることができる。
このカーボンブラックなどは、通常、導電性熱可塑性樹脂層５の体積抵抗率を１０4〜１０10Ω・ｃｍのいずれかとさせうるように樹脂組成物に含有される。
【００３０】
前記イオン注入層は、前記導電性熱可塑性樹脂層５のマトリックス樹脂中に、前記ダイヤモンドライクカーボン被膜の成分を拡散させて形成されており、表面層４を形成するダイヤモンドライクカーボン被膜を、例えば、プラズマイオン注入法などによって形成させることにより該ダイヤモンドライクカーボン被膜とともにその内側に形成されうる。
該イオン注入層は、前記導電性熱可塑性樹脂層５と前記表面層４との中間的性質を有することから、通常、高硬度に形成されるダイヤモンドライクカーボン被膜と、柔軟に形成される前記導電性熱可塑性樹脂層５との間における緩衝層として作用し、前記表面層４を形成するダイヤモンドライクカーボン被膜にシワが発生することを防止するための必須の構成である。
【００３１】
なお、厳密には、樹脂が用いられて形成された下地材の表面にダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させると、通常の方法であれば少なくとも下地表面の極浅い部分にその成分が侵入することにはなるが、本発明においては、このようなものまでをもイオン注入層として含めることは意図していない。
本発明におけるイオン注入層とは、緩衝作用に実質上機能させうるものを意図しており、通常、数ｎｍ以上（例えば、５ｎｍ以上）程度の厚みであれば、緩衝作用に実質上の機能を発揮させ得る。
その緩衝作用をより効果的に発揮させ得る点において、前記イオン注入層は、２０ｎｍ以上の厚みに形成されることが好ましい。
一方で、所定以上にイオン注入層の厚みを増大させても、緩衝作用をそれまで以上に発揮させることが困難となるばかりでなく、帯電ローラ１の製造に多大な手間を発生させるおそれを有する点において、最大でも１５０ｎｍの厚みとされることが好ましい。
このイオン注入層の厚みについては、例えば、ダイヤモンドライクカーボン被膜がプラズマイオン注入法によって形成されるような場合においては、プラズマ状態とされたダイヤモンドライクカーボン被膜の成分を下地（導電性熱可塑性樹脂層５）に向けて加速させる加速電圧などの電気的条件や、温度条件によって調整することができる。
【００３２】
このイオン注入層の厚みについては、例えば、その厚みが数ｍｍ〜数ｃｍとなるような倍率を選定して、走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡を用いて断面観察を実施し、任意に１０箇所程度の厚み測定を実施し、その算術平均によって求めることができる。
例えば、図４、図５は、中間層（導電性熱可塑性樹脂層）から表面層にかけての断面を透過型電子顕微鏡で観察した写真であり、この写真中央部を上下に縦断する濃色部分がイオン注入層である。
したがって、この濃色部分の幅を測定することでイオン注入層の厚みを求めることができる。
【００３３】
前記表面層４は、ダイヤモンドライクカーボン被膜によって形成されており、２０ｎｍ以上１μｍ以下の範囲の内のいずれかの厚みとなるように形成されている。
この表面層４を形成するダイヤモンドライクカーボンは、その成分が特に限定されるものではなく、摺動部材などに用いられている一般的なダイヤモンドライクカーボンと同様の炭素原子と水素原子との組成比を有するものを用いることができる。
また、炭素原子と水素原子以外に窒素原子やフッ素原子あるいは金属原子などが含有されたダイヤモンドライクカーボンも前記表面層４の形成に採用可能である。
ただし、炭素原子と水素原子以外の成分をあまり多く含有させると表面に十分なすべり性を付与することが困難となるおそれを有する。
このような点において、炭素原子と水素原子以外に含有される他の原子は、その含有量が合計で４０ｍｏｌ％以下であることが好適である。
【００３４】
なお、炭素原子と水素原子以外の成分としては、表面層４に対して適度な柔軟性を付与し得るとともに帯電ローラ表面の非粘着性をより向上させうる点においてフッ素原子が好適である。
また、フッ素原子を導入することで水などの液体に対する表面層４の接触角を調整させることもできる。
【００３５】
前記表面層４が、ダイヤモンドライクカーボンによって２０ｎｍ以上の厚みとなるよう形成されているのは、２０ｎｍ未満の厚みでは帯電ローラ１の外周面に十分なすべり性、非粘着性を付与することができず、短期間に“表面汚れ”が発生するおそれを有するためである。
一方で表面層４の厚みが１μｍ以下とされているのは、１μｍを超える厚みとすると帯電ローラ１の外周面（表面層の表面）にシワや割れが形成されやすくなり放電安定性の低下による印刷品質の低下を電子写真装置に発生させるおそれを有するためである。
なお、この表面層４の厚みについては、前記イオン注入層と同様に測定することができ、例えば、その厚みが数ｍｍ〜数ｃｍとなるような倍率を選定して、走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡を用いて断面観察を実施し、任意に１０箇所程度の厚み測定を実施し、その算術平均によって求めることができる。
【００３６】
以上のごとく構成されている帯電ローラ１は、ダイヤモンドライクカーボン被膜によって表面層４が形成されていることから表面のすべり性、非粘着性に優れ、仮に、クリーニングブレードにより電子写真感光体の表面のクリーニングがなされている箇所をトナーなどが通過して、当該帯電ローラ１と電子写真感光体との接触箇所に到達したとしてもこのトナーなどによる付着物が帯電ローラ１の表面に形成されることを抑制させ得る。
したがって、帯電ローラに“表面汚れ”が発生することを防止することができ、この“表面汚れ”によって電子写真装置の印刷品質が低下してしまうことを抑制させ得る。
しかも、このダイヤモンドライクカーボン被膜が、所定の硬度を有する弾性体層３の外側にイオン注入層を介して所定厚みに形成されていることにより、外周面にシワなどが発生されて帯電特性にバラツキが生じたりすることを抑制させ得る。
さらには、本実施形態の帯電ローラ１には、マトリックス樹脂に粒子が分散されてなる中間層５（導電性熱可塑性樹脂層５）が、前記表面層４と前記弾性体層３との間にさらに設けられており、前記中間層５が、１ｍｍ2の範囲に粒径５〜２０μｍの粒子が２５〜２５０個含有され、且つ２０μｍを超える粒径を有する粒子の含有量が５個以下となるように形成されていることから放電ポイントの偏りが抑制されうる。
したがって、本実施形態の帯電ローラによれば、優れた印刷品質を長期持続可能な電子写真装置を提供し得る。
【００３７】
次いで、本実施形態の電子写真装置用帯電ローラの製造方法について説明する。
この電子写真装置用帯電ローラの弾性体層３は、一般的なゴム製ローラの製造方法と同様の方法を採用することができ、例えば、ＥＰＤＭなどのベースポリマーにカーボンブラックなどの材料を定められた配合量で配合して未加硫状態のポリマー組成物を作製し、該ポリマー組成物を導電性軸心上に押し出し被覆して予備成形品を作製し、該予備成形品を加硫した後に表面研磨してその表面性状を均一化させることで形成することができる。
【００３８】
前記導電性熱可塑性樹脂層５の形成方法としては、前記マトリックス樹脂を溶解可能な溶媒中に前記樹脂組成物を分散させて塗工液を作製して、該塗工液を前記弾性体層３上にコーティングした後に乾燥させる方法等が挙げられる。
例えば、マトリックス樹脂と粒子などとを、前記溶媒とともに撹拌混合して塗工液を作製し、しかも、この塗工液の粘度が、例えば、５０〜３００ｍＰａ・ｓ程度となるように調節した後に、該塗工液を塗布、乾燥（例えば熱風乾燥）して溶媒を除去して、導電性熱可塑性樹脂層５を形成することができる。
前記塗工液の塗布方法としては、ロールコーターを用いるロール塗装法、ディッピング塗装法およびスプレー塗装（エアスプレーまたはエアレススプレー塗装）法、カーテンフロー塗装、ハケ塗り等が挙げられる。
【００３９】
さらに、前記イオン注入層は、前記導電性熱可塑性樹脂層上に、例えば、プラズマイオン注入法などによってダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させることにより該ダイヤモンドライクカーボン被膜にともなわせて形成させることができ、前記表面層４と同時に形成させることができる。
【００４０】
すなわち、プラズマイオン注入法においては、ダイヤモンドライクカーボン被膜の下地となる層にイオンが注入されて下地の表面近傍にイオン注入層が形成されることから導電性熱可塑性樹脂層上にダイヤモンドライクカーボン被膜を形成することにより導電性熱可塑性樹脂層の表面側をイオン注入層に変化させつつダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させることにより、イオン注入層と表面層４とを同時に形成させることができる。
【００４１】
このプラズマイオン注入法は、イオン注入層の形成によるダイヤモンドライクカーボン被膜のシワ防止のみならずダイヤモンドライクカーボン被膜の剥離強度の向上にも有効である。
特に、下地がダイヤモンドライクカーボンと大きく硬度が異なる導電性熱可塑性樹脂層や弾性体層である場合などの、他の形成方法では剥離が生じやすい場合において前記プラズマイオン注入法は好適な成膜方法であるといえる。
しかも、表面の凹凸などに対する追従性にも優れていることから、導電性熱可塑性樹脂層５の外周面に形成されている突起部の形状を帯電ローラ１の表面状態に反映させやすい。
したがって、帯電ローラ１の表面全体に放電ポイントが一様に形成されるという効果も奏する。
【００４２】
このプラズマイオン注入法の中でも、特に、炭素や水素などの正イオンを含むプラズマを発生させた状態で、ダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させる対象物（以下「被加工体」ともいう）に対して正のパルス電圧を印加し、引き続き負のパルス電圧を印加することで前記正イオンを被加工体に注入させてイオン注入層を形成しつつダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させる方法が特に好適である。
【００４３】
このような正負パルス電圧を印加してダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させる方法について、図３を参照しつつさらに詳しく説明する。
図３は、本実施形態の帯電ローラの製造に用いるのに好適なプラズマイオン注入成膜装置の概略図であり、このプラズマイオン注入成膜装置は、ダイヤモンドライクカーボン被膜が施される前の帯電ローラの半製品１ｘ（導電性軸心上に導電性熱可塑性樹脂層まで形成されたもの）が収容され、該半製品１ｘにイオン注入層をともなうダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させるための真空チャンバー１００、前記半製品１ｘに対して正負パルス電圧を印加すべく導電性軸心に対して電気的に接続される正負パルス電圧印加ライン２００、真空チャンバー１００内にダイヤモンドライクカーボンの形成原料となる原料ガスをプラズマ状態にさせるべく設けられたプラズマ励起用アンテナ３００、前記半製品１ｘの周囲に高密度のプラズマ及び高濃度のラジカルを発生させるべく半製品１ｘとプラズマ励起用アンテナ３００との間に設けられ、しかも、半製品１ｘに接触しないように僅かに離間した位置に配された高電圧パルス印加電極４００、及び前記高電圧パルス印加電極４００に高電圧の負のパルス電圧を印加するための高電圧パルス印加ライン５００とを有している。
【００４４】
このようなプラズマイオン注入成膜装置を用いてダイヤモンドライクカーボン被膜を半製品１ｘ上に形成させて帯電ローラを完成させるには、例えば、導電性軸心に正負パルス電圧印加ライン２００を接続した状態で真空チャンバー１００内に半製品１ｘを収容させ、導電性熱可塑性樹脂層の表面にクリーニング処理工程を行った後に、ダイヤモンドライクカーボン被膜形成工程を行う方法を採用しうる。
【００４５】
このクリーニング処理工程は、真空チャンバー１００の内部が、例えば０．０１Ｐａ以下の高真空となるように排気を行った後、水素ガスとアルゴンガスとの混合ガス（例えば、水素ガス／アルゴンガス＝２０／８０の比率で混合された混合ガス）を導入して真空チャンバー１００内の圧力が０．１〜１．０Ｐａ程度となるように調整し、周波数が数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ、出力が０．１ｋＷ〜数ｋＷ、持続時間が数マイクロ秒〜１００マイクロ秒のラジオ波（ＲＦ）をプラズマ励起用アンテナ３００に印加して放電プラズマを励起させ、その直後に高電圧パルス印加用電極に１０ｋＶ〜３０ｋＶ程度の高電圧パルスを印加して半製品１ｘの表面に高密度プラズマを発生させるとともに、導電性軸心に数ｋＶ程度の負のパルス電圧を印加して実施することができる。
【００４６】
また、ダイヤモンドライクカーボン被膜形成工程は、前記クリーニング工程後、真空チャンバー１００の内部を再び圧力が０．０１Ｐａ以下となるように排気を実施した後、原料ガスを導入して実施されうる。
なお、この原料ガスとしては、特に限定されるものではなく、例えば、アセチレン、メタン、エタン、ベンゼン、トルエンなどの炭化水素系ガスや、二フッ化炭素、四フッ化炭素、フッ化アルゴンなどのフッ素含有ガスなどを単独または複数混合して用いることができる。
そして、この原料ガスを導入させた状態で真空チャンバー１００の内部の圧力を０．５〜１Ｐａ程度に保持して、プラズマ励起用アンテナ３００によって原料ガスをプラズマ状態にさせるとともに、高電圧パルス印加電極４００によって前記半製品１ｘの周囲に高密度のプラズマ及び高濃度のラジカルを発生させつつ正負パルス電圧印加ライン２００で芯金に正負パルス電圧を印加することにより炭素、水素、フッ素などの原料ガスに含有されている成分による正イオンを高エネルギーで導電性熱可塑性樹脂層に注入させてイオン注入層を形成させるとともにダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させることができる。
【００４７】
なお、このときの高電圧パルス印加電極４００には、例えば、高電圧パルス印加ライン５００によって、高電圧パルスとしてパルス波高が５ｋＶ〜３０ｋＶ程度（例えば、１５ｋＶ）、パルス幅が１マイクロ秒〜数十マイクロ秒（例えば、１０マイクロ秒）の負のパルス電圧を印加させることで高密度のプラズマを発生させうる。
【００４８】
また、導電性軸心に対しては、例えば、正負パルス電圧印加ライン２００によって、パルス波高が１ｋＶ〜５ｋＶ（例えば、２ｋＶ）、パルス幅１マイクロ秒〜数十マイクロ秒（例えば、１０マイクロ秒）の正のパルス電圧を印加した後、瞬時に反転するパルス波高が１ｋＶ〜５ｋＶ（例えば、２ｋＶ）、パルス幅が１マイクロ秒〜数十マイクロ秒（例えば、１０マイクロ秒）の負のパルス電圧を印加し、この一対の正負パルス電圧を繰り返し周期１ミリ秒程度で所定の時間印加することで均質で剥離強度の高いダイヤモンドライクカーボン被膜をイオン注入層を介して導電性熱可塑性樹脂層の上に形成させうる。
なお、正負パルス電圧の印加については、正パルス電圧と、負パルス電圧とをそれぞれ所定の間隔を設けて繰り返し印加させる方法や、一波長分の正弦波パルス電圧を所定間隔を設けて繰り返し印加させる方法を採用することができる。
【００４９】
この正のパルス電圧に引き続き負のパルス電圧を半製品に印加してイオン注入層をともなうダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させる方法は、特に、本実施形態の電子写真装置用帯電ローラの弾性体層、導電性熱可塑性樹脂層のごとく体積抵抗率が比較的高い材質のものの表面にダイヤモンドライクカーボン被膜を成膜する場合に有効である。
例えば、帯電ローラの弾性体層は、通常、先述のような体積抵抗率となるように形成されていることから正のパルス電圧を印加することでこの弾性体層の上に形成されている導電性熱可塑性樹脂層の表面近傍のプラズマから電子を加速させた状態で導電性熱可塑性樹脂層に入射させることができ表面を負帯電させることができる。
そして、引き続いて実施される負のパルス電圧の印加によって、導電性熱可塑性樹脂層の表面近傍のプラズマから正イオンが加速されて導電性熱可塑性樹脂層に入射してイオン注入層が形成されることとなる。
したがって、正負パルス電圧対を印加することによって、はじめの正のパルス電圧の印加時に導電性熱可塑性樹脂層の表面に生じた負帯電の分だけ大きなエネルギーで正イオンを導電性熱可塑性樹脂層に注入させることができる。
このことにより、他のダイヤモンドライクカーボン成膜形成方法に比べて弾性体層や導電性熱可塑性樹脂層が低温となる状態でダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させることができ、ダイヤモンドライクカーボンによる表面層の形成時と電子写真装置内での運転時との温度差を減少させることができる。
このことによって熱による膨張、収縮が抑制されることとなり、ダイヤモンドライクカーボン被膜にシワなどが形成されることがよりいっそう抑制される。
しかも、正負パルス電圧対を印加することにより、負パルス電圧のみを印加する場合に比べて局所的な電荷の偏りを防止することができ均質なダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させうる。
【００５０】
なお、本実施形態においては、表面層（ダイヤモンドライクカーボン被膜）を優れた剥離強度で形成させうることから、プラズマイオン注入法の中でも、特に、炭素や水素などの正イオンを含むプラズマを発生させた状態で、ダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させる対象物に対して正のパルス電圧を印加し、引き続き負のパルス電圧を印加することで前記正イオンを被加工体に注入させてイオン注入層を形成しつつダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させる方法を例示しているが、本発明においては、ダイヤモンドライクカーボンによって表面層を形成させる方法を上記のような方法に限定するものではない。
【００５１】
また、本実施形態においては、イオン注入層をともなうダイヤモンドライクカーボン被膜が導電性熱可塑性樹脂層上に形成された帯電ローラを例示しているが、例えば、弾性体層上にイオン注入層を介してダイヤモンドライクカーボン被膜（表面層）が形成された帯電ローラも本発明の意図する範囲である。
【００５２】
なお、本発明の電子写真装置は、このダイヤモンドライクカーボン被膜によって表面層が形成されている帯電ローラに加えて、現像ローラや感光体といった従来公知の構成を採用して形成することができ、このような帯電ローラを備えていることによって使用開始直後の優れた印刷品質を長期間にわたって維持させうる。
【実施例】
【００５３】
次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１〜８、比較例１〜１０）
（帯電ローラの形成）
（弾性体層の形成）
ＥＰＤＭがベースポリマーとして用いられたポリマー組成物を押出し機によって押出して、該押出し機の先端部に設けられたクロスヘッドを、直径６ｍｍの導電性軸心を通過させて導電性軸心の外側にポリマー組成物を被覆し、金型を用いた加硫を実施した後に、表面を円筒研削盤にて外径が８．５ｍｍとなるように研削し弾性体層を形成させた。
なお、各実施例、比較例の帯電ローラの弾性体層は、その配合を調整することにより表１、２に示す硬度（ＪＩＳ Ａ 硬度）となるように作製した。
【００５４】
（導電性熱可塑性樹脂層の形成）
（塗工液の調整）
まず、下記の配合によって塗工液を作製した。
＜配合＞
熱可塑性ポリウレタン塗料：１００重量部
カーボンブラック：２０重量部
有機物粒子：４重量部
溶媒（ジメチルフォルムアミド）： 適宜
なお、「熱可塑性ポリウレタン塗料」には、大日精化工業社製の商品名「ＭＥ−８１１５ＬＰ」（樹脂分３０重量％）を用い、カーボンブラックには、東海カーボン社製の商品名「トーカブラックＴＢ５５００」を用い、「有機物粒子」には、大日精化工業社製のポリマー粒子（商品名「ダイニックビーズＵＣＮ−５１５０クリヤー」、粒度調整品（５μｍ以下及び２０μｍ以上の粒子をカット））を用いた。
（塗布、乾燥）
導電性軸心上に弾性体層を形成させたものに前記塗工液をディップコートし、７０℃×１０分間の一次乾燥の後、１００℃×３０分の二次乾燥を実施し、さらに、１５０℃×２０分間の三次乾燥を実施して乾燥後の厚みが４０μｍの導電性熱可塑性樹脂層を形成させた。
なお、この導電性熱可塑性樹脂層の厚みの調整は、塗工液の粘度を溶媒（ジメチルフォルムアミド）で調整することにより実施した。
【００５５】
（表面層の形成）
さらに、実施例１〜８、及び、比較例２〜５においては、この導電性熱可塑性樹脂層の表面に、正負パルス電圧対を印加するプラズマイオン注入法により表１、２に示す厚みとなるようにダイヤモンドライクカーボン被膜を設けて表面層を形成させた。
このとき原料ガスを調整してダイヤモンドライクカーボン中のフッ素原子含有量（フッ素導入量）を表１、２の割合（「フッ素含有量」、単位：ｍｏｌ％）となるよう調整した。
なお、この実施例１〜８、及び、比較例２〜５の帯電ローラには、イオン注入層が約６０ｎｍの厚みで形成されていることが電子顕微鏡による観察によって確認された。
【００５６】
一方で、比較例６、７の帯電ローラは、イオン注入層を形成させることなくダイヤモンドライクカーボン被膜を形成し、比較例１、８〜１０の帯電ローラには、ダイヤモンドライクカーボン被膜を形成させなかった。
この内、比較例１、８は表面層自体を設けずに導電性熱可塑性樹脂層が最表面側となるようにした。ただし、比較例８は、この導電性熱可塑性樹脂層の表面の非粘着性を向上させるべく紫外線処理を実施した。
【００５７】
また、比較例９の帯電ローラについては、ダイヤモンドライクカーボン被膜に代えて導電性熱可塑性樹脂層の表面にフッ素樹脂系コーティング剤（大日本インキ社製、商品名「ディフェンサ ＴＲ−３０６」）を用いたコーティング被膜を設けて表面層を形成させた。
より詳しくは、下記配合による塗工液を調整して実施例１〜８の帯電ローラにおける導電性熱可塑性樹脂層の形成と同様にディップコートし、同条件による乾燥を実施して４０μｍの厚みの層を形成させた。
＜比較例９の表面層配合＞
コーティング剤：１００重量部
カーボンブラック：１５重量部
有機物粒子：３重量部
溶媒（メチルエチルケトン）： 適宜
なお、「コーティング剤」には、上記に示したように大日本インキ社製、商品名「ディフェンサ ＴＲ−３０６」（樹脂分２０重量％）を用い、カーボンブラックには、東海カーボン社製の商品名「トーカブラックＴＢ５５００」を用い、「有機物粒子」には、大日精化工業社製のポリマー粒子（商品名「ダイニックビーズＵＣＮ−５１５０クリヤー」、粒度調整品（５μｍ以下及び２０μｍ以上の粒子をカット））を用いた。
【００５８】
さらに、比較例１０の帯電ローラについては、ダイヤモンドライクカーボン被膜の形成に代えて、テトラフロロエチレン−パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）が用いられてなる導電性のチューブ（厚み１００μｍ）を導電性熱可塑性樹脂層に外嵌させて表面層を形成した。
【００５９】
（評価）
（外観評価）
このようにして形成された各実施例、比較例の帯電ローラの表面における“シワ”、“割れ”などの発生状況を目視にて観察した。
結果を、表１、２に示す。
【００６０】
（水接触角評価）
各実施例、比較例の帯電ローラの表面の水接触角をＪＩＳ Ｒ ３２５７（１９９９）に準拠して求めた。
結果を表１、２に示す。
【００６１】
（電気抵抗値の測定）
帯電ローラの表面に接着させた箔電極と導電性軸心との間に直流電圧（５００Ｖ）を印加して各実施例、比較例の帯電ローラの導電性軸心から表面にいたるまでの体積抵抗率を求めた。
結果を表１、２に示す。
【００６２】
（実機評価）
各実施例、比較例の帯電ローラを実際の電子写真装置（ＨＰ社製カラーレーザープリンタ「Ｃｏｌｏｒ Ｌａｓｅｒ Ｊｅｔ ３５００」の黒カートリッジ）に装着させて“表面汚れ”の発生状況、ならびに、印刷品質の低下状況についての評価試験を実施した。
なお両評価試験は、帯電バイアス直流電圧を調整して電子写真感光体の表面に−４５０Ｖの表面電位が発生するようにし、電子写真装置を常温低湿度環境下（２３℃、相対湿度１０％）に設置して、Ａ４上質紙に対して５％画像濃度にて連続印刷して実施した。
また、両両評価試験とも、評価中にトナー切れが生じた際には、そのカートリッジから帯電ローラと感光体とを取り外して新たなカートリッジに移設して試験を継続させた。
【００６３】
（“表面汚れ”の評価試験）
“表面汚れ”の評価においては、印刷枚数３０００枚ごとに１２０００枚まで、帯電ローラの表面を目視にて観察し、汚れが殆ど見られない場合を「◎」、表面がやや白化している場合あるいは印刷画像に影響しない白スジがごく薄く観察された場合を「○」、表面全体が白化している場合あるいは印刷画像に影響しない白スジが部分的に観察された場合を「△」、表面が顕著に白化している場合あるいは画像に影響が出る白スジが観察された場合を「×」として判定した。
この判定結果ならびに評価終了後の帯電ローラの表面の状態（途中で評価を終えたものは、その際の表面状態、その他は、１２０００枚印刷後の表面状態）を表１、２に示す。
【００６４】
（印刷品質の評価試験）
印刷画像の品質を、印刷開始直後、ならびに、印刷枚数３０００枚ごとに１２０００枚まで目視にて観察した。
結果を表１、２に示す。
【００６５】
【表１】
【００６６】
【表２】
【００６７】
この表からも、本発明の帯電ローラによれば電子写真装置の印刷品質の低下を防止させ得ることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】一実施形態の電子写真装置用帯電ローラを示す斜視図。
【図２】同帯電ローラの側面図。
【図３】ダイヤモンドライクカーボン被膜（表面層）形成方法を示す概略図。
【図４】中間層/イオン注入層/ダイヤモンドライクカーボン被膜（表面層）の断面の様子を示す図（ＳＥＭ写真）。
【図５】中間層/イオン注入層/ダイヤモンドライクカーボン被膜（表面層）の断面の様子を示す図（ＳＥＭ写真）。
【符号の説明】
【００６９】
１：電子写真装置用帯電ローラ、２：導電性軸心、３：弾性体層、４：表面層（ダイヤモンドライクカーボン被膜）、５：導電性熱可塑性樹脂層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子写真感光体の表面を帯電させるべく、外周面を前記電子写真感光体に接触させて用いられる電子写真装置用帯電ローラであって、
ＪＩＳ Ａ 硬度で３０度以上５８度以下の硬さに形成された弾性体層が導電性軸心の外側に設けられており、該弾性体層のさらに外側には、前記電子写真感光体に接触される表面層が設けられており、該表面層が内側にイオン注入層をともなうダイヤモンドライクカーボン被膜で形成されており、該ダイヤモンドライクカーボン被膜の厚みが２０ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする電子写真装置用帯電ローラ。
【請求項２】
マトリックス樹脂に粒子が分散されてなる中間層が、前記表面層と前記弾性体層との間にさらに設けられており、前記中間層が、１ｍｍ2の範囲に粒径５〜２０μｍの粒子が２５〜２５０個含有され、且つ２０μｍを超える粒径を有する粒子の含有量が５個以下となるように形成されている請求項１記載の電子写真装置用帯電ローラ。
【請求項３】
前記イオン注入層が２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の厚みに形成されている請求項１又は２記載の帯電ローラ。
【請求項４】
前記ダイヤモンドライクカーボン被膜が、炭素と水素に加えてフッ素が含有されて形成されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子写真装置用帯電ローラ。
【請求項５】
電子写真感光体と、該電子写真感光体の表面を帯電させるべく外周面を前記電子写真感光体に接触させて用いられる電子写真装置用帯電ローラとが備えられている電子写真装置であって、
前記帯電ローラは、ＪＩＳ Ａ 硬度で３０度以上５８度以下の硬さに形成された弾性体層を導電性軸心の外側に有し、該弾性体層のさらに外側に、前記電子写真感光体に接触される表面層が設けられており、該表面層が内側にイオン注入層をともなうダイヤモンドライクカーボン被膜で形成され、該ダイヤモンドライクカーボン被膜の厚みが２０ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする電子写真装置。
【請求項１】
電子写真感光体の表面を帯電させるべく、外周面を前記電子写真感光体に接触させて用いられる電子写真装置用帯電ローラであって、
ＪＩＳ Ａ 硬度で３０度以上５８度以下の硬さに形成された弾性体層が導電性軸心の外側に設けられており、該弾性体層のさらに外側には、前記電子写真感光体に接触される表面層が設けられており、該表面層が内側にイオン注入層をともなうダイヤモンドライクカーボン被膜で形成されており、該ダイヤモンドライクカーボン被膜の厚みが２０ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする電子写真装置用帯電ローラ。
【請求項２】
マトリックス樹脂に粒子が分散されてなる中間層が、前記表面層と前記弾性体層との間にさらに設けられており、前記中間層が、１ｍｍ2の範囲に粒径５〜２０μｍの粒子が２５〜２５０個含有され、且つ２０μｍを超える粒径を有する粒子の含有量が５個以下となるように形成されている請求項１記載の電子写真装置用帯電ローラ。
【請求項３】
前記イオン注入層が２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の厚みに形成されている請求項１又は２記載の帯電ローラ。
【請求項４】
前記ダイヤモンドライクカーボン被膜が、炭素と水素に加えてフッ素が含有されて形成されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子写真装置用帯電ローラ。
【請求項５】
電子写真感光体と、該電子写真感光体の表面を帯電させるべく外周面を前記電子写真感光体に接触させて用いられる電子写真装置用帯電ローラとが備えられている電子写真装置であって、
前記帯電ローラは、ＪＩＳ Ａ 硬度で３０度以上５８度以下の硬さに形成された弾性体層を導電性軸心の外側に有し、該弾性体層のさらに外側に、前記電子写真感光体に接触される表面層が設けられており、該表面層が内側にイオン注入層をともなうダイヤモンドライクカーボン被膜で形成され、該ダイヤモンドライクカーボン被膜の厚みが２０ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする電子写真装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２５８５３６（Ｐ２００９−２５８５３６Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０９９９５（Ｐ２００８−１０９９９５）
【出願日】平成２０年４月２１日（２００８．４．２１）
【出願人】（０００００５０６１）バンドー化学株式会社 (429)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２１日（２００８．４．２１）
【出願人】（０００００５０６１）バンドー化学株式会社 (429)
【Ｆターム（参考）】
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