JPH06324554A

JPH06324554A - 帯電用部材及びこれを用いた帯電装置

Info

Publication number: JPH06324554A
Application number: JP13525693A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Nojima; 一男野島
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1993-05-12
Filing date: 1993-05-12
Publication date: 1994-11-25

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】従来のカーボンブラックなどを分散させて弾
性層を所定抵抗にした接触帯電用ローラに比してより均
一な帯電を可能にする接触帯電用ローラを提供する。【構成】帯電用ローラの概略構成を示す。芯金２０１
上に厚さ１〜５mmの有極性ゴムにスルホン酸塩を含有し
た弾性層２０２を形成し、更にその上に厚さ５〜５０μ
ｍの非粘着性樹脂からなる表面層２０３を形成する。ス
ルホン酸塩はカーボンブラックに比して１つ１つの分散
単位が格段に小さく、均一帯電が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機、ファクシミ
リ、プリンター等の画像形成装置等に採用される帯電用
部材及びこれを用いた帯電装置に係り、詳しくは、帯電
用部材を帯電対象物に接触させて均一な帯電を行うため
の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、帯電用部材を帯電対象物に接触さ
せて帯電を行うものとしては、種々のものが知られてい
る。例えば、特開昭５６−１３２３５６号公報には、ロ
ーラ状に形成した帯電用部材への電圧印加を定電流型電
源を用いて行うことが開示されている。また特開昭６３
−１４９６６８号公報には、帯電を均一にするために、
帯電用ローラに印加する電圧として、帯電開始電圧（Ｖ
ｔｈ）の２倍以上のピーク間電圧をもつ交流電圧を印加
することが開示されている。また特開平３−１５６４７
６号公報には、帯電用ローラへの電圧印加を交流電圧に
直流電圧を重畳した電圧を用い、かつ交流定電流制御を
行なうことが開示されている。なお、帯電用部材ではな
いが、特開昭６３−１８９９７６号公報には、ウレタン
ゴム現像ロールの抵抗を中抵抗にするためにウレタンゴ
ムにアルカリ金属塩を添加して低抵抗化した現像ローラ
が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来、電子写真方式の
画像形成装置において、感光体表面を一様に全面帯電す
るための帯電手段としては、コロナ放電器が広く利用さ
れている。このコロナ放電器にあっては、感光体をある
一定の電位に均一に帯電する手段としては有効である
が、反面コロナ放電による帯電処理にあっては、高圧電
源を必要とし、放電に伴いオゾンが発生する。オゾンが
大量に発生すると環境に悪影響を及ぼすばかりでなく、
オゾンによって帯電用部材、感光体などが劣化するとい
う問題も発生した。

【０００４】そこで、上記のように、上記コロナ放電器
に代えて、例えば図１（ａ）に示すような帯電用ローラ
１００を感光体ドラム１０１に接触、従動回転させて、
帯電用ローラ１００の芯金１０２に電源１０３から電圧
を印加して感光体ドラム１０１表面を帯電させる帯電用
ローラ１００が提案され、また実用化されている。これ
によれば、この帯電手段としての帯電用ローラ１００の
電源１０３の低電圧化をはかることができ、帯電処理に
起因するオゾンの発生量が少ないという利点を有してい
る。

【０００５】ところが、帯電の均一性に関しては、コロ
ナ放電器による帯電処理と比較してかなり劣るのが現状
である。上記特開昭６３−１４９６６８号公報の「接触
帯電方法」は、この帯電の均一性を改善するためのもの
であるが直流電圧印加時の帯電開始電圧（Ｖｔｈ）の２
倍以上のピーク間電圧をもつ交流電圧を印加するため、
ＤＣ電源とは別にＡＣ電源が必要となり、装置自体のコ
ストアップを招き、さらに感光体の帯電位にはほとんど
寄与しない無駄なＡＣ電流を多量に消費することにとも
ない電源コストが上昇するばかりでなく、多量のオゾン
が発生し、その結果、帯電用部材、感光体の劣化を招く
恐れがある。

【０００６】本発明は以上の問題点に鑑みなされたもの
であり、その目的とするところは、従来に比してより均
一な帯電を可能にする帯電用部材及びこれを用いた帯電
装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明は、導電性支持体上に所定の電気
抵抗を有する抵抗層を備え、かつ該所定電気抵抗層上に
表面層を備えた帯電用部材において、該抵抗層が、ベー
ス材料にスルホン酸塩が含有された材料により形成され
ていることを特徴とする帯電用部材。

【０００８】また、請求項２の発明は、請求項１の帯電
用部材において、上記ベース材料が有極性ゴムであるこ
とを特徴とするのである。

【０００９】また、請求項３の発明は、請求項１の帯電
用部材において、上記表面層は溶剤可溶性フッ素系樹脂
を主体に構成されていることを特徴とするのである。

【００１０】また、請求項４の発明は、請求項３の帯電
用部材において、上記溶剤可溶性フッ素樹脂はフルオロ
オレフィンと水酸基含有ビニルエーテルを構成成分とし
た含フッ素共重合体をイソシアネートで架橋して得られ
る含フッ素架橋共重合体であることを特徴とするのであ
る。

【００１１】請求項５の発明は、帯電用部材を像担持体
に接触させた状態で該帯電用部材に電圧を印加する帯電
装置において、該帯電用部材として請求項１の帯電用部
材を用い、かつ、上記導電性支持体に印加する電圧とし
て直流電圧を用いたことを特徴とするものである。

【００１２】

【作用】本発明者は、従来の帯電用ローラ（一般には導
電性弾性層表面に樹脂のオーバーコート層を有する）が
ＤＣ電圧の印加のみでは、なぜ帯電ムラが発生してしま
うのかを検討した結果、導電性弾性層が合成ゴムとカー
ボンブラックの分散系であることに起因していることを
見い出した。この事実は、従来の帯電用ローラの導電性
弾性層（合成ゴムとカーボンブラックとの分散系）をカ
ーボンブラックなどの導電性粒子を含まない有極性ゴム
材料に置き換えた帯電用ローラを用いて実験した結果判
明したのである。

【００１３】ここで、有極性ゴム（または極性ゴム）は
ポリマ中に極性基を有するゴムを云いたとえばエピクロ
ルヒドリンゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴム、クロロ
プレンゴム、アクリルゴムは−Ｃｌ、−ＣＮ、−ＮＨ、
−ＣＯＯの極性基を有している。これに対し天然ゴム、
スチレン−ブタジエンゴム、ブチルゴムなどの極性基を
含まないゴムを非極性ゴムという。

【００１４】すなわち、従来の帯電用ローラの帯電ムラ
は、カーボンブラック／合成ゴムの分散不良による導電
性弾性層の電気的不均一性によるものであり、有極性ゴ
ムの使用により帯電ムラを解消し、さらに低温低湿下で
もローラ層の体積抵抗の上昇変動が少なく安定した帯電
電位が得られる。そして、本発明者は、有極性ゴムなど
のベース材料のみでは所望の抵抗を得られない場合に、
カーボンブラックのような不具合が生じない低抵抗化の
ための物質を種々検討したところ、スルホン酸塩を含有
させることが有効であることを見出した。このスルホン
酸塩を含有させたベース材料を用いる場合に帯電ムラが
生じないのは、スルホン酸塩もカーボンブラックと同様
に、有極性ゴムなどのベース材料中で化学反応すること
なく、厳密にはベース材料中に分散された形で存在する
が、その１つ１つの分散単位がカーボンブラックに比し
て格段に小さくことによる。従って、ベース材料として
は上記有極性ゴムに限られず、無極性ゴムなどであって
も、同様に帯電ムラなどを解消できる。但し、ベース材
料として無極性ゴムなどを用いる場合には、所望の層抵
抗にするため、比較的多量のスルホン酸塩を含有させる
ことになるので、スルホン酸塩のブリードアウト現象の
発生によって帯電対象物表面の汚染などに対する対策が
必要になる場合がある。

【００１５】

【実施例】本発明を画像形成装置における像担持体とし
ての感光体ドラムを一様帯電するための帯電装置に適用
した実施例について説明する。図１（ｂ）は、ＤＣ電圧
印加のみで、即ちＡＣ電圧を重畳（ＤＣ＋ＡＣ）しなく
とも、均一帯電が可能で、しかも低温、低湿下でも帯電
電位の変動を少なくできる帯電用ローラの概略構成を示
すものである。同図において、芯金２０１上に厚さ１〜
５mmの有極性ゴム（エピクロルヒドリンゴム、ニトリル
ゴム、ウレタンゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム
など）にスルホン酸塩を含有した弾性層２０２が形成さ
れている。この弾性層２０２の体積抵抗としては１０⁶
〜１０⁸Ω・cmの範囲が好ましい。更にその上に厚さ５〜
５０μｍの非粘着性樹脂からなる表面層２０３が形成さ
れている。この表面層２０３は帯電用ローラ表面へのト
ナー、紙粉などの付着を防止して長期間にわたって帯電
の均一性を維持させるために形成されていて、少なくと
も溶剤可溶性フッ素樹脂を主体とした中抵抗した物質に
よって形成されている。この表面層２０３の体積抵抗と
しては１０⁸〜１０¹⁰Ω・cmの範囲が好ましい。

【００１６】本発明に用いられるスルホン酸塩としては
芳香族スルホン酸塩系のベゼンスルホン酸塩、Ｐ−トル
エンスルホン酸塩、ナフタリン−β−スホン酸塩など、
また脂肪族スルホン酸塩系のエタンスルホン酸塩、アリ
ルスルホン酸塩、等を挙げることができる。なお、塩を
形成する元素としては、カリウム、ナトリウム、リチウ
ムなどが挙げられる。

【００１７】また、表面層に使用される溶剤可溶性フッ
素樹脂は、フルオロオレフィンと炭化水素ビニルエーテ
ルとの共重合反応によって得られる非晶質ポリマであ
る。この樹脂のフッ素含有率は２５〜３２ｗｔ％と比較
的低いがフルオロオレフィンと炭化水素ビニルエーテル
が交互に配列した鎖構造をもつ交互重合体であり化学的
に安定であり耐久性に優れている。また、このポリマは
有機溶剤に可溶であるので塗装後ポリマを架橋し塗膜に
耐溶剤性を付与する必要があるが、このためには反応性
に富んだ水酸基含有ビニルエーテルを共重合しイソシア
ネートによる架橋が容易に起こる樹脂とすることが好ま
しい。

【００１８】本発明の弾性層の組成物は上記の有極性ゴ
ム１００重量部に対し上記スルホン酸塩の添加量が０．
２〜２．０重量部の範囲が好ましい。スルホン酸塩の添
加量が０．２重量部以下では目的とする体積抵抗を得る
ことが難しく、また２．０重量部を超えるとスルホン酸
塩のブリードアウト現象がみられるようになり、電子写
真感光体（ＯＰＣなど）表面などを汚染することによっ
て異常画像の発生原因となったりゴムの成形性が失われ
たりする。

【００１９】以上の帯電用ローラと帯電均一性をＡＣ重
畳に任せる従来の帯電用ローラ（特開昭６４−７３３６
４号公報、同６４−７３３６７号公報）とでは自づとそ
の電気特性（Ｒ、Ｃ）およびローラ層構成が大きく相違
している。すなわち、ＡＣ重畳型は導電性弾性層（カー
ボンブラックなどの導電性粒子を分散させたゴム層）と
表面抵抗層よりなり、表面抵抗層がコンデンサーとして
機能するため、静電容量が大きくＡＣ重畳による帯電均
一化効果が大である。これに対し本発明のＤＣ型はロー
ラ層が抵抗体としてはたらく（静電容量が小さい）ため
ＡＣ重畳しても帯電均一性にはあまり寄与しない。

【００２０】以下、より詳細に実施例を説明する。〔実施例１，２、比較例１〕まず、表１を用いて、実施
例１，２及び比較例１について説明する。この表１は、
弾性ローラの弾性層を構成する材料の配合物の種類及び
配合量（単位は重量部）、後述する測定方法による弾性
ローラの体積抵抗値、表面層を形成して完成させた帯電
用ローラについて後述する画像試験の結果などを示して
いる（表２〜表５においても同様）。（以下、余白）

【表１】

【００２１】表１に示す各実施例においては、まず、エ
ピクロルヒドリンゴム〔商品名：エピクロマＣＧ（ダイ
ソー社製）〕とスルホン酸塩の配合物を８インチの二本
ロールで約１５分間混練（混練時の二本ローラの表面温
度をＰ−トルエンスルホン酸ナトリウムの場合は９０
℃、アリルスルホン酸ナトリウムの場合は５０℃、スル
ホン酸塩の無添加の場合は５０℃に維持する）した後、
φ８×３４０mmのステンレス性芯金２０１上に、１７０
℃×１５分間の加硫条件でφ１４×３０５mmになるよう
に成形し、ローラ形状帯電用部材の中抵抗弾性層２０２
を設けた。一方比較例においても配合物に関する以外は
同様にして弾性層を設けた。なお、いずれの実施例及び
比較例においても、表１中の「その他」の配合物とし
て、炭酸カルシウム〔ホワイトンＳＯ（白石カルシウム
社製）〕３０重量部、加硫促進剤〔ノクセラＴＴ（大内
新興化学社製）〕１．０重量部、〔ノクセラＤＭ（大内
新興化学社製）〕１．５重量部、及び、加硫剤〔サルフ
ァックスＰＭＣ（鶴見化学社製）〕０．２５重量部を配
合した。

【００２２】次に、この弾性ローラ上に表面層を次の方
法で形成した。すなわち、表面層用材料として、三元共
重合体のエピクロルヒドリンゴム〔商品名：エピクロマ
ＣＧ、ダイソー社製〕１００ｇを８インチの二本ローラ
で約１５分間混練した後、このエピクロルヒドリンゴム
２．５重量部を有機溶媒（トルエン／４−メチル−２−
ペンタノン）＝１の９７．５重量部に溶解してエピクロ
ルヒドリンゴム溶液を作った。また溶剤可溶性フッ素樹
脂として〔商品名：ルミフロンＬＦ６０／Ｃ主剤、旭硝
子社製〕２２．０重量部、イソシアネート系硬化剤〔商
品名：コロネートＨＸ、日本ポリウレタン工業社製〕
２．０重量部を有機溶媒（トルエン／キシレン）＝１の
７６．０重量部に溶解してフッ素樹脂溶液を作った。そ
して、表面層用塗料として、上記エピクロルヒドリンゴ
ム溶液１００重量部と上記フッ素系樹脂溶液６０重量部
とを混合して作った。この表面層用塗料を上記の各弾性
ローラ上にディッピング法でコーティングした後１００
℃、３０分間乾燥して２０μｍの厚さの表面層を形成し
た。この表面層の体積抵抗は６×１０⁸Ω・cmであった。

【００２３】ここで、弾性ローラの体積抵抗の測定は試
料のローラを２０℃、６０％Ｒ．Ｈの環境中に１６時間
放電した後、ケースレ社製エレクトロメータ６１０Ｃを
使用して行なった。測定電極は１０mm幅の銅箔テープ
〔３Ｍ社製Ｎｏ．１２４５〕をローラの円周に巻きつけ
て構成した。また、表面層のみの体積抵抗の測定は、薄
いアルミ板（厚さ０．２mm）上に表面層用塗料を厚さ約
２０μｍに塗布したシート状の試料を２０℃、６０％
Ｒ．Ｈ環境中に１６時間放置した後、抵抗測定セル〔Ｙ
ＨＰ社製１６００８Ａ〕を用いてケースレ社製エレクト
ロメータ６１０Ｃで行なった。

【００２４】図１（ｃ）は、帯電用ローラの画像評価に
使用した画像形成装置の一部を示す。感光体ドラム１０
１は観光層厚３０μｍのＯＰＣ（ＯＰＣドラム線速：１
００mm／ｓｅｃ）、電源１０３はＤＣ電源、クエンチン
グランプ１０４はＬＥＤ、クリーナ１０５はＯＰＣドラ
ム上の残トナーを除去するためのブレードクリーニング
ユニットである。この装置を表１に示す３環境での各帯
電用ローラの画像評価を行なった。その結果を表中に
「画像欠陥」の有無などとして示している。

【００２５】実施例１、２、比較例１の結果からエピク
ロルヒドリンゴムにスルホン酸塩を含有させることによ
り、導電性が改善され、帯電の均一性および低温低湿下
での画像の安定性が向上されていることが分かる。

【００２６】〔実施例３，４、比較例２〕次に、表２を
用いて、実施例３，４、比較例２について説明する。（以下、余白）

【表２】

【００２７】表２に示す各実施例においては、まず、ニ
トリルゴム〔ＮＢＲ：Ｎ２１５ＳＬ（日本合成ゴム社
製）〕とスルホン酸塩の配合物を８インチの二本ローラ
を用いて約１５分間混練（混練時の二本ローラの表面温
度をベンゼンスルホン酸ナトリウムの場合は６５℃、ア
リルスルホン酸ナトリウムの場合は５０℃、ヌルホン酸
塩の無添加の場合は５０℃に維持する）した後φ８×３
４０mmのステンレス製芯金上に１７０℃×１５分間の加
硫条件でφ１４×３０５mmになるように成形し、ローラ
形状帯電用部材の中抵抗弾性層を設けた。一方比較例に
おいても配合物に関する以外は同様にして弾性層を設け
た。なお、いずれの実施例及び比較例においても、表２
中の「その他」の配合物として、亜鉛華１号５重量部、
ステアリン酸１．５重量部、及び硫黄１．０重量部を配
合した。次に、上記の実施例１と同様の塗料と方法で上
記の弾性ローラ上に表面層を形成した。実施例３，４、
比較例２の結果から、ニトリルゴムにスルホン酸塩を含
有させることにより導電性が改善され、帯電電位および
その均一性が向上していることが分かる。

【００２８】〔実施例５，６、比較例３〜５〕次に、表
３を用いて、実施例５，６、比較例３〜５について説明
する。（以下、余白）

【表３】

【００２９】表３に示す各実施例においては、まず、ウ
レタンゴム〔ミラセンＥ−３４（ＴＳＥ社製）〕とスル
ホン酸塩の配合物を８インチの二本ローラを用いて約１
５分間混練（混練時の二本ローラの表面温度をＰ−トル
エンスルホン酸リチウムの場合は９５℃で、アリルスル
ホン酸ナトリウムの場合は６５℃、スルホン酸塩の無添
加の場合は６０℃に維持する）した後φ８×３４０mmの
ステンレス製芯金上に１５０℃×１０分間の加硫条件で
φ１４×３０５mmになるように成形し、ローラ状帯電用
部材の中抵抗弾性層を設けた。一方比較例においては、
配合物に関する以外は実施例と同様にして弾性層を設け
た。なお、いずれの実施例及び比較例においても、表３
中の「その他」の配合物として、ステアリン酸亜鉛０．
５重量部及びジクミルパーオキサイド５重量部を配合し
ている。次にこの弾性ローラ上への表面層の形成は、前
記の実施例１と同様の塗料と方法で形成した。実施例
５、６、比較例３〜５の結果から、ウレタンゴムにスル
ホン酸塩を含有させることにより導電性が改善され、帯
電電位およびその均一性が向上していることが分かる。
なお、スルホン酸塩の添加量が０．１重量部では導電効
果が得にくく、帯電電位の不足による画像濃度不足が生
じ、また２．３重量部ではスルホン酸塩のブリードアウ
ト現象によるＯＰＣ表面への移行による横スジが発生し
た。

【００３０】〔実施例７，８、比較例６〕次に、表４を
用いて、実施例７，８、比較例６について説明する。（以下、余白）

【表４】

【００３１】表４に示す各実施例においては、まず、ク
ロロプレンゴム〔ネオプレンＧＳ（昭和電工社製）〕と
スルホン酸塩の配合物を８インチの二本ローラを用いて
用いて約１５分間混練（混練時の二本ローラの表面温度
をベンゼンスルホン酸ナトリウムの場合は７０℃、アリ
ルスルホン酸ナトリウムの場合は６５℃に維持する）し
た後φ８×３４０mmのステンレス製芯金上に１６０℃×
１０分間の加硫条件でφ１４×３０５mmになるように成
形し、ローラ状帯電用部材の中抵抗弾性層を設けた。一
方比較例においては、配合物に関する以外は実施例と同
様にして弾性層を設けた。なお、いずれの実施例及び比
較例においても、表４中の「その他」の配合物として、
マグネシア４．０重量部、ステアリン酸０．５重量部、
及び亜鉛華１号１０重量部を配合した。次に、前記の実
施例１と同様の塗料と方法で弾性ローラ上に表面層を形
成した。実施例７，８、比較例６の結果から、クロロ
プレンゴムにスルホン酸塩を含有させることにより導電
性が改善され、帯電電位およびその均一性が向上されて
いることが分かる。

【００３２】〔比較例７〜１０〕次に、表５を用いて、
比較例７〜１０について説明する。（以下、余白）

【表５】

【００３３】表５に示す各比較例はゴムポリマの導電性
の調整剤としてカーボンブラック〔ケッチェンブラック
ＥＣ（ライオン・アクゾ社製）〕を分散させたときの結
果を示す。これらにおける表面層用の塗料及び作成方法
は、上記実施例１と同様である。いずれの場合も、弾性
ローラの中抵抗領域での抵抗バラツキ幅が大きく、その
結果何れの比較例でも帯電ムラが発生している。

【００３４】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、所定の抵抗層
に非分散系中抵抗材料を用いるのでＤＣ印加での帯電の
均一性および環境安定性を向上させることができる。

【００３５】請求項２の発明によれば、有極性ゴムは、
このポリマ自体が比較的低抵抗であるため少量の抵抗調
整剤の添加で、所定の抵抗層を中抵抗領域に制御するこ
とができる。

【００３６】請求項３の発明によれば、非粘着性の高い
フッ素系の被膜を容易に形成することができるので（エ
アスプレー法、ディピング法など）、帯電用部材の寿命
を向上させることができる。

【００３７】請求項４の発明によれば、溶剤可溶性フッ
素系樹脂が比較的低い温度（室温〜１００℃）で被膜形
成が可能なので、弾性ゴム上への非粘着層（表面層）の
形成ができるようになった。

【００３８】請求項５の発明によれば、ＤＣ印加のみで
均一帯電が可能となり、オゾンの発生量がＤＣ＋ＡＣと
比較して大幅（１／３０〜１／４０）に低減が可能とな
りさらに電源コストも下げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）実施例に係る帯電装置の概略構成図。（ｂ）実施例に係る帯電装置用の帯電用ローラの概略構
成図。（ｃ）帯電用ローラ評価用装置の説明図。

【符号の説明】１００帯電用ローラ１０１感光体ドラム１０２芯金１０３電源２０１芯金２０２弾性層２０３表面層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性支持体上に所定の電気抵抗を有する
抵抗層を備え、かつ該所定電気抵抗層上に表面層を備え
た帯電用部材において、該抵抗層が、ベース材料にスル
ホン酸塩が含有された材料により形成されていることを
特徴とする帯電用部材。
【請求項２】上記ベース材料が有極性ゴムであることを
特徴とする請求項１の帯電用部材。
【請求項３】上記表面層は溶剤可溶性フッ素系樹脂を主
体に構成されていることを特徴とする請求項１の帯電用
部材。
【請求項４】上記溶剤可溶性フッ素樹脂はフルオロオレ
フィンと水酸基含有ビニルエーテルを構成成分とした含
フッ素共重合体をイソシアネートで架橋して得られる含
フッ素架橋共重合体であることを特徴とする請求項３の
帯電用部材。
【請求項５】請求項１の帯電用部材を像担持体に接触さ
せた状態で上記導電性支持体に印加する電圧として直流
電圧を用いたことを特徴とする帯電装置。