JP2007178559A - 帯電ロール - Google Patents

Abstract

【課題】帯電性能にばらつきがなく、直流電圧印加用として用いるのに最適な帯電ロールを提供する。
【解決手段】軸体１の外周に抵抗調整層２が形成され、上記抵抗調整層２の外周に、粗面形成用粒子４を含有する保護層３が形成されたＤＣ電圧印加用帯電ロールであって、上記保護層３の表面に、上記粗面形成用粒子４に起因する凸部が分布形成されており、上記凸部の高さが２．０〜９．５μｍに設定されているとともに、特定の式で求められる保護層３表面に対する粗面形成用粒子４の割合（比表面積Ｓ）が、１２〜５０％に設定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機，プリンタ，ファクシミリ等の電子写真装置に用いられる帯電ロールに関するものである。

一般に、電子写真複写機による複写は、つぎのようにして行われている。すなわち、まず、感光ドラムを帯電させ、その感光ドラム表面に、原稿像を、光学系を介して投射する。そして、光が投射された部分の帯電を打ち消すことにより、静電潜像を形成する。つぎに、上記静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成した後、このトナー像を、複写紙に転写する。このようにして、複写画像を得ることができる。

上記静電潜像の形成に先立って感光ドラム表面を帯電させる方式としては、近年、帯電ロールを感光ドラム表面に直接接触させる方式（接触帯電方式）が多く採用されている。そして、上記帯電ロールへの帯電方式としては、従来から、直流（ＤＣ）と交流（ＡＣ）との重畳電圧印加が行われている。これは、直流電圧印加のみでは、帯電むらが生じやすく、例えばレーザービームプリンター（ＬＢＰ）でのハーフトーンの画像出しの際に、髪の毛ほどの太さの横すじがロールピッチで紙面に現れる等の理由によるものである。

しかしながら、上記のような重畳電圧印加を行うには、直流電圧印加のためのシステムと交流電圧印加のためのシステムとの両方を必要とすることから、製品コストが高くなるという問題がある。また、交流帯電方式では、電位が交互に変化するため、そのことに起因して振動が発生しやすいという問題もある。そこで、このような振動をなくし、装置のコンパクト化、低コスト化を図るために、良好な複写画像を得ることができる直流電圧印加用帯電ロールが求められている。

このような直流電圧印加用の帯電ロールとして、例えば、ロール最外層である表面層に、平均粒径が１μｍ以上の粉体を含有させることにより、ロール表面を適度な粗面にして帯電むらを防止するようにしたもの（例えば特許文献１参照）や、同じく表面層に含有させる粒子を、その粒径に応じて特定の分布割合となるようコントロールして塗布したもの（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
特開２００３−２０２７３０公報 特開２００５−９１４５５公報

しかしながら、上記特許文献１の帯電ロールは、表面層に、単に粉体を含有させているだけであり、粉体の分布状態によっては、帯電性能にばらつきが生じ、横すじ等の画像の不具合を招くおそれがある。また、上記特許文献２の帯電ロールも、粒子の粒径に応じて分布割合をコントロールしてはいるものの、粒子の突出の程度によって、やはり帯電性能にばらつきが生じ、上記と同様の問題が発生するおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、帯電性能にばらつきがなく、直流電圧印加用として用いるのに最適な帯電ロールの提供を、その目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、軸体の外周に、直接もしくは他の層を介して抵抗調整層が形成され、上記抵抗調整層の外周に、直接もしくは他の層を介して、粗面形成用粒子を含有する保護層が形成された帯電ロールであって、上記保護層の表面に、上記粗面形成用粒子に起因する凸部が分布形成されており、上記凸部の高さが２．０〜９．５μｍに設定されているとともに、下記の式（１）で求められる保護層表面に対する粗面形成用粒子の割合（比表面積Ｓ）が、１２〜５０％に設定されている帯電ロールを第１の要旨とする。

また、本発明は、そのなかでも、特に、上記保護層の、粗面形成用粒子に起因する凸部が形成されていない部分の厚みＴが、粗面形成用粒子の平均粒径を１とすると、０．３５〜０．９に設定されている帯電ロールを第２の要旨とする。

すなわち、本発明者らは、前記課題を解決するため鋭意研究を重ね、その過程で、帯電ロールの帯電性能を向上させるには、感光ドラムと帯電ロールの外周面との接触面積を減少させ、その隙間において一定の放電領域を確保することが必要であるとの知見を得た。そこで、感光ドラムとの接触面積を減少させることのできる帯電ロールの表面構造について、さらに研究を重ねた結果、帯電ロール表面となる保護層表面に、粗面形成用粒子に起因する凸部を分布形成し、その凸部の高さＨと、粗面形成用粒子が保護層表面に分布する割合の指標となる比表面積Ｓとが、特定の範囲となるよう調整すると、上記凸部と凸部に間に適度な隙間が形成され，非常に優れた帯電特性を有する帯電ロールが得られることを見いだし、本発明に到達した。

本発明の帯電ロールは、そのロール表面となる保護層表面に、粗面形成用粒子に起因する凸部が分布形成され、その凸部の高さＨと、粗面形成用粒子が保護層表面に分布する割合の指標となる比表面積Ｓとが、特定の範囲となるよう調整されているため、上記保護層表面に分布する凸部と凸部の間に適度な隙間が形成されている。したがって、本発明の帯電ロールが感光ドラムと接触する際、上記凸部と凸部の間の隙間が放電領域となって帯電むらの発生を効果的に防止するため、横すじのない良好な画像を得ることができる。

そして、本発明の帯電ロールのなかでも、特に、上記保護層の、粗面形成用粒子に起因する凸部が形成されていない部分の厚みＴが、粗面形成用粒子の平均粒径を１とすると、０．３５〜０．９に設定されている場合、より優れた画像を得ることができる。

つぎに、本発明の実施の形態について説明する。ただし、本発明は、この実施の形態に限られるものではない。

本発明の帯電ロールは、例えば、図１に示すように、軸体１の外周面に沿って抵抗調整層２が形成され、さらに上記抵抗調整層２の外周面に保護層３が形成された構成になっている。

そして、上記保護層３には、その模式的な拡大断面図である図２に示すように、粗面形成用粒子４が分散含有されており、上記粗面形成用粒子４に起因する凸部５が、保護層３の表面に分布形成されている。

なお、本発明において、上記凸部５の高さ、すなわち、保護層３の、上記凸部５が形成されていない部分の表面から、上記凸部５の頂点までの高さＨは、２．０〜９．５μｍに設定されていなければならない。そして、上記保護層３表面に分布する粗面形成用粒子の、上記保護層３表面に対する割合（比表面積Ｓ）が、１２〜５０％に設定されていなければならない。この２つの条件を満たすことが、本発明の大きな特徴である。すなわち、上記範囲外では、帯電ロールと感光ドラム（図２において鎖線１０で示す）との間に形成される空隙の大きさと分布形態が適正なものとならず、優れた帯電特性を得ることができない。

なお、本発明において、上記凸部５の高さＨおよび比表面積Ｓは、つぎのようにして求められる値である。

〔凸部５の高さＨ〕
ＫＥＹＥＮＣＥレーザー顕微鏡によって、厚み方向に切断された保護層３の断面形状を観察し、保護層３の表面に形成された凸部５をランダムに１０個選択し、各凸部５の高さを測定した後、その平均値をＨとする。

〔比表面積Ｓ〕
ＫＥＹＥＮＣＥレーザー顕微鏡によって、保護層３表面（帯電ロール表面、図３参照）を観察し、その保護層３の表面の単位面積当たりの凸部５の数を数える。そして、下記の式（１）を用いて算出される値をＳとする。なお、下記の式（１）において、図面に対応する符号は省略している。

上記帯電ロールの軸体１としては、特に限定されるものではなく、例えば、図示のような中実体以外にも、中空円筒体からなる芯金であってもよい。そして、その形成材料についても、特に限定されず、例えば、アルミニウム、ステンレス等の金属材料等があげられる。なお、必要に応じ、軸体１の表面に接着剤、プライマー等を塗布してもよい。また、接着剤、プライマー等には、必要に応じて導電化を行ってもよい。

上記軸体１の外周面に形成される抵抗調整層２の形成材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、ポリウレタン系エラストマー、ヒドリンゴム（ＥＣＯ等）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリノルボルネンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、シリコーンゴム等があげられ、単独で用いても二種以上を併用してもよい。また、導電性付与のため、カーボンブラック、グラファイト、チタン酸カリウム、酸化鉄、ｃ−ＴｉＯ₂ 、ｃ−ＺｎＯ、ｃ−ＳｎＯ₂ 、イオン導電剤（トリメチルオクタデシルアンモニウムパークロレート，ベンジルトリメチルアンモニウムクロリド等の四級アンモニウム塩、ホウ酸塩、過塩素酸リチウム、過塩素酸カリウム等の構造電荷特異性陰イオン、界面活性剤等）等の従来公知の導電剤が、上記材料中に適宜添加される。さらに、必要に応じて、発泡剤、架橋剤、架橋促進剤、オイル等を適宜添加してもよい。

なお、上記抵抗調整層２の形成材料は、例えば、その各成分をニーダー等の混練機によって混練することにより、調製することができる。

一方、上記抵抗調整層２の外周面に形成される保護層３は、層形成用の塗膜材料と、粗面形成用粒子４とを用いて形成される。

上記塗膜材料としては、特に限定されるものではないが、調製のしやすさ、粗面形成用粒子４の分散容易性等の点から、アクリルフッ素系樹脂、シリコーン変性アクリル系樹脂、フッ素化オレフィン系樹脂を、好適に用いることができる。これらは単独で用いても、二種以上を併用してもよい。また、導電性付与のため、カーボンブラック、金属酸化物、四級アンモニウム塩、ホウ酸塩、過塩素酸リチウム等の導電剤が、上記材料中に適宜添加される。さらに、必要に応じて、充填剤、安定剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、補強剤、滑剤、離型剤、染料、顔料、難燃剤、オイル等を適宜に配合することができる。

また、上記塗膜材料とともに用いられる粗面形成用粒子４としては、特に限定されるものではなく、例えば、シリカ、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、尿素樹脂等があげられる。これらは、単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。ただし、保護層３表面に、均一な凸部５を形成するために、できるだけ粒子径が揃ったものを用いることが望ましい。

そして、上記保護層３の塗膜材料および粗面形成用粒子４は、有機溶剤に溶解もしくは分散され、コーティング液として使用に供される。上記有機溶剤としては、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、メタノール、トルエン、イソプロピルアルコール、メチルセロソルブ、ジメチルホルムアミド等があげられる。これらは単独であるいは二種以上併せて用いられる。

なお、上記塗膜材料および粗面形成用粒子４からコーティング液を調製する際、その組成、粗面形成用粒子４の粒径等は、得られる保護層３の表面に形成される凸部５の高さＨと、保護層３表面に対する粗面形成用粒子４の比表面積Ｓとが、前述の範囲を満足する値となるよう調整される。

本発明の帯電ロールは、例えば、つぎのようにして作製することができる。

すなわち、まず、芯金となる軸体１を用意し、その外周面に接着剤を塗布し、抵抗調整層２形成用の金型内に装着する。そして、ニーダー等の混練機で混練した抵抗調整層２形成材料を、金型内に注型した後、金型を閉じて加熱処理（１３０〜２００℃×２０〜９０分）して、抵抗調整層２を架橋硬化させる。そして、上記金型から脱型することにより、軸体１の外周面に抵抗調整層２が形成されたロールを取り出す。

つぎに、上記ロールにおける抵抗調整層２の外周面に、保護層３形成用のコーティング液（粗面形成用粒子４を配合したもの）を塗工する。この塗工法は、特に制限するものではなく、ディッピング法、スプレー法、ロールコート法等の従来の方法が適用できる。そして、塗工後、乾燥（４０℃×３０分程度）および加熱処理（加硫処理、１００〜２００℃×２０〜９０分）を行うことにより、保護層３を形成する。このようにして、図２に示すような、保護層３の表面に、粗面形成用粒子４に起因する凸部５が分布形成された二層構造の帯電ロールを作製することができる。

このようにして得られる帯電ロールは、そのロール表面となる保護層３の表面に、粗面形成用粒子４に起因する凸部５が分布形成され、その凸部５の高さＨと、保護層３の表面に対する粗面形成用粒子４の比表面積Ｓとが、特定の範囲となるよう調整されているため、上記保護層３の表面に分布する凸部５と凸部５の間に適度な隙間が形成されている。したがって、上記帯電ロールが感光ドラム１０（図２参照）と接触する際、上記凸部５と凸部５の間の隙間が放電領域となって帯電むらの発生を効果的に防止するため、横すじのない良好な画像を得ることができる。

そして、上記帯電ロールは、直流電圧印加のみを行う帯電方式において、良好な画像を得ることができるため、交流電圧印加を組み合わせた重畳電圧印加を行う必要がなく、装置の低コスト化とコンパクト化を実現することができる。

なお、本発明の帯電ロールの例として、図１に示すような二層構造のものをあげたが、本発明はこれに限定されるものでなく、例えば、軸体１と抵抗調整層２の間に、導電性弾性体層や軟化剤移行防止層等を、必要に応じて適宜設けることができる。また、上記抵抗調整層２と保護層３との間に、適宜の中間層等を一層以上設けることもできる。

なお、上記抵抗調整層２の厚みは、特に限定されるものではなく、要求される形態、特性に応じて、適宜に設定される。

また、上記保護層３の厚みも、特に限定するものではないが、粗面形成用粒子４に起因する凸部５が形成されていない部分の厚みＴ（図２参照）を、この保護層３に配合する粗面形成用粒子４の平均粒径を１とすると、０．３５〜０．９に設定することが、本発明の特徴的構成である、前記特定の凸部５の高さと粗面形成用粒子４の比表面積Ｓと相俟って、より優れた帯電特性を得ることができ、好適である。なお、上記粗面形成用粒子４の平均粒径は、母集団から任意に抽出される試料を用いて導出される値である。また、粒子形状が真球状ではなく楕円球状（断面が楕円の球）等のように一律に粒径が定まらない場合には、最長径と最短径との単純平均値をその粒子の粒径とする。

そして、本発明の帯電ロールは、直流電圧印加用として用いた場合に優れた性能を発揮するものであるが、この用途に限らず、一般的な電子写真装置にも適用することが可能である。そして、特に、ＬＢＰ等の帯電ロールとして好適に用いることができる。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

〔実施例１〜１３、比較例１〜２１〕
下記のとおり、抵抗調整層形成材料と、保護層形成材料を調製したのち、それらを用いて、後記の方法にしたがって、帯電ロールを作製した。

〔抵抗調整層形成材料の調製〕
エピクロルヒドリン−エチレンオキシド−アリルグリシジルエーテル共重合体（エピクロマーＣＧ１０２、ダイソー社製）７０重量部（以下「部」と略す）と、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ニポールＤＮ１０１、日本ゼオン社製）３０部、シリカ（ニプシールＶＮ３、日本シリカ社製）５０部、トリメチルオクタデシルアンモニウムパークロレート５部、酸化亜鉛５部、ステアリン酸（ルナックＳ−３０、花王社製）１部と、加硫促進剤（ノクセラーＤＭ、大内新興化学工業社製）０．５部と、加硫促進剤（ノクセラーＴＴ、大内新興化学工業社製）０．５部と、加硫促進剤（ノクセラーＴＲＡ、大内新興化学工業社製）０．５部とを配合し、ロールを用いて混練りすることにより、抵抗調整層形成材料を得た。

〔保護層形成材料の調製〕
フッ素変性アクリレート樹脂（ＴＲ−２３０Ｋ、大日本インキ社製）５０部、フッ素化ポリオレフィン系樹脂（カイナーＳＬ、アトフィナジャパン社製）５０部、導電性酸化チタン（タイベークＥＴ−３００Ｗ、石原テクノ社製）１００部とを、ＭＥＫ１００部に溶解し、この溶液に、後記の表１〜表７に示す平均粒径のポリメチルメタクリレート粒子を、同じく後記の表１〜表７に示す比表面積Ｓとなるよう調整された割合で配合し、サンドミルを用いて分散を行い、溶液粘度５０〜２５０ｃｐｓ（０．０５〜０．２５Ｐａ・ｓ）の保護層形成材料を得た。

〔帯電ロールの作製〕
直径６ｍｍの芯金を用意し、その外周面に接着剤を塗布した後、所定の金型内に装填し、金型内の中空部に、前記抵抗調整層形成材料を注型した。そして、金型を閉じて、加熱処理（一次加硫１０５℃×３０分、二次加硫１１０℃×６０分）を行うことにより加硫硬化させ、上記金型から脱型することにより、芯金の外周面に抵抗調整層（厚み１．５ｍｍ）が形成されたロール中間体を取り出した。つぎに、上記ロール中間体における抵抗調整層の外周面に、保護層形成用のコーティング液をロールコート法により塗工した。そして、塗工後、乾燥（４０℃×３０分）および加熱処理（１００℃×３０分）を行うことにより、保護層を形成した。このようにして、図１に示す２層構造の帯電ロールを作製した。なお、各帯電ロールの構成的特徴は、後記の表１〜表７に示すとおりである。

このようにして得られた各帯電ロールを、直流帯電方式プリンタ（ＬＡＳＥＲ ＳＨＯＴ ＬＢＰ−２５１０、キャノン社製：１０〜２０プリント／分）に組み込んで印刷を行い、下記の方法にしたがって、得られる印刷画像の「横すじ」と「汚れ」の２項目について評価を行った。それらの結果を、後記の表１〜表７に併せて示す。

〔横すじ〕
対象画像：エクセル（登録商標）ソフトで２５％濃度の塗りつぶし設定にて作成した画 像。 条件 ：試料である帯電ロールを、Ｌ／Ｌ（１５℃×１０％）環境で２４時間養生し た後、同環境下で文字文書の実機耐久１００００枚を実施した。そして、上 記画像を印刷した。
評価 ：明らかな横すじが発生しているものを×、毛髪状の微細なすじが発生してい るものを△、すじが全く発生していないものを○として評価した。

〔汚れ〕
対象画像：エクセル（登録商標）ソフトで２５％濃度の塗りつぶし設定にて作成した画 像。 条件 ：試料である帯電ロールを、Ｌ／Ｌ（１５℃×１０％）環境で２４時間養生し た後、同環境下で、文字文書の実機耐久１００００枚の印刷を実施した。そ して、評価対象となる画像を印刷した。
評価 ：ロール汚れにより画像が明らかに汚れているものものを×、ロール汚れによ り画像が微妙に汚れているものを△、ロール汚れによる画像汚れが全くない ものを○として評価した。

上記の結果から、凸部の高さＨと比表面積Ｓが、本発明の特定範囲を満たす実施例品は、優れた帯電性能を備えており、本発明の特定範囲から外れる比較例品は、「横すじ」および「汚れ」の少なくとも片方の評価が悪く、帯電性能が劣っていることがわかる。

本発明の帯電ロールの一実施例を示す断面図である。 上記実施例の模式的な部分拡大断面図である。 上記実施例の模式的な部分拡大平面図である。

符号の説明

１ 軸体
２ 抵抗調整層
３ 保護層
４ 粗面形成用粒子

Claims (2)

1. 軸体の外周に、直接もしくは他の層を介して抵抗調整層が形成され、上記抵抗調整層の外周に、直接もしくは他の層を介して、粗面形成用粒子を含有する保護層が形成された帯電ロールであって、上記保護層の表面に、上記粗面形成用粒子に起因する凸部が分布形成されており、上記凸部の高さが２．０〜９．５μｍに設定されているとともに、下記の式（１）で求められる保護層表面に対する粗面形成用粒子の割合（比表面積Ｓ）が、１２〜５０％に設定されていることを特徴とする帯電ロール。
   

   
2. 上記保護層の、粗面形成用粒子に起因する凸部が形成されていない部分の厚みＴが、粗面形成用粒子の平均粒径を１とすると、０．３５〜０．９に設定されている請求項１記載の帯電ロール。

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