JPH07295338A

JPH07295338A - 帯電部材

Info

Publication number: JPH07295338A
Application number: JP8997594A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Honda; 充本田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-04-27
Filing date: 1994-04-27
Publication date: 1995-11-10

Abstract

(57)【要約】【目的】特に湿度の影響をできるかぎり排除し、より
安定な帯電特性の得られる帯電部材を提供する。【構成】水の存在下でＯＨ基を生成し易い導電性物質
であり、かつシランカップリング処理された抵抗調整剤
を含有している帯電部材。好ましくは、導電性物質が金
属酸化物、または酸性ないし両性酸化物であり、また帯
電部材は、複層からなっていてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば電子写真装置、
静電記録装置等の電子写真画像形成装置において使用さ
れる帯電部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真装置（複写機、光プリンター
等）、静電記録装置等の電子写真画像形成装置におい
て、感光体、誘電体等の被帯電体としての像担持体面を
帯電処理するための帯電部材として、従来より、コロナ
放電装置が広く利用されている。また近年、ブラシ帯
電、帯電ローラ等も知られている。

【０００３】これらの帯電部材は、高電圧を帯電装置に
印加し、被帯電体としての像担持体表面に帯電している
ため、放電過程を経て、大なり小なり、オゾンおよびＮ
Ｏ_X等の酸性物質を発生している。それゆえ、種々の問
題を生じる原因となるオゾン等の発生を抑制することが
より望ましい方向であるとして、近年、近接ないし接触
帯電方式が種々提案されている。

【０００４】そして、満足すべき性能がより安定に得ら
れるように、様々な工夫がなされており、例えば次のよ
うなものが知られている。

【０００５】すなわちシリコーンを含む材料で帯電ロー
ラの最外周部分を形成することで、画像プロセスの転写
工程が終了した後に、像担持体の非画像部に残留した現
像剤が帯電ローラに付着するのを防止する、という技術
で、これはシリコーンの離形性を利用したものである
（特開平５−１７３４００号公報参照）。

【０００６】あるいはシランカップリング剤を利用した
技術例として、帯電ローラの抵抗層の間に、シランカッ
プリング剤を含有するプライマーを設け、内・外抵抗層
の接着性を上げる、という提案もある（特開平５−１５
０６１７号公報参照）。

【０００７】さらには、導電性物質と化学的に結合し、
マトリックスポリマーと化学的および（または）物理的
に結合し得るカップリング剤（分散安定剤として使用）
を含有させることにより、導電性物質（ここではカーボ
ンブラックを主に解説）の表面が分散安定剤（シランカ
ップリング剤等）で覆われたり、導電性物質とマトリッ
クスポリマーとが架橋したりして、導電性物質のマトリ
ックスポリマー中での分散が容易になると同時に、再凝
集し難くなるようにした技術もある。このカップリング
剤として、市販のシランカップリング剤も利用可能であ
る、との提案がなされている（特開平５−１３４５１５
号公報参照）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実使用
環境下における温度湿度の領域は広く、喩え、一定の電
圧を帯電部材に印加したとしても、各環境下での抵抗特
性は温湿度に影響され易いため、安定な帯電特性が得難
いのであるが、これらのいずれも温湿度、特に湿度の変
動に対する安定性を改善するための技術ではない。

【０００９】従って本発明は、特に湿度の影響をできる
かぎり排除し、より安定な帯電特性の得られる帯電部材
を提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、電子写
真画像形成装置の帯電部材において、前記帯電部材が、
水の存在下でＯＨ基を生成し易い導電性物質であり、か
つシランカップリング処理された抵抗調整剤を含有して
いることを特徴とする帯電部材が提供される。

【００１１】本発明の好ましい態様において、導電性物
質が金属酸化物である。また導電性物質が酸性ないし両
性酸化物であってもよい。

【００１２】また帯電部材は、複層からなっていてもよ
く、この場合には、その上層の主要構成物質がＮ−メト
キシメチル化ナイロンであり、かつ前記金属酸化物が酸
化チタン（ＴｉＯ₂）であるのが好ましい。

【００１３】さらに帯電部材の層構成成分として、シラ
ンカップリング処理された前記導電性物質とロイコ塩基
とを含有することができる。

【００１４】本発明について図面を参照してさらに詳し
く説明する。

【００１５】図１は、本発明の帯電部材の横断面図で、
符号１は中抵抗保護層、２は高抵抗層、３は低抵抗層、
４は芯金、５はこれらの各層を有して構成された帯電ロ
ーラを示す。図示の例では、帯電部材５はローラの形態
であるが、本発明はこのような形態に制限されない。

【００１６】図１の帯電部材５は、例えば図２に示した
ような電子写真画像形成装置に適用される。図２におい
て、６は感光体、７は転写ローラ、８は転写材、９はレ
ーザースキャナー、１０，１１は電源、１２は現像器、
１３は定着ローラ対、１４は導電性金属テープをそれぞ
れ示す。

【００１７】本発明の帯電部材において、金属酸化物の
酸塩基性にもよるが、概して、金属酸化物は水分の存在
下において、水の吸着、極性解離が起こり、表面ＯＨ基
が生成し易いため、このような表面ＯＨ基に起因する種
々の表面物性に影響する、との報告がある。

【００１８】そして例えば、酸化チタンの場合、その表
面のＯＨ基の生成熱は、他の金属酸化物の表面ＯＨ基の
値に比べて大きく、このことは表面にＯＨ基が付着し易
いことを裏付けている。酸化チタン塗料を用いる場合に
は、このような表面ＯＨ基に由来する酸塩基性によって
バインダーや溶剤の選択が行なわれる。

【００１９】また表面ＯＨ基の光化学的な影響も報告さ
れており、酸化チタンに接触する塗料材料を酸化し、あ
るいは表面ＯＨ基からＯＨラジカル等を生じ、有機物の
酸化劣化を促すことがある。

【００２０】このように、ある種の金属酸化物に生成す
るＯＨ基は、当初の金属酸化物の特性を損ない、また共
に用いる材料に影響を与えるものである。従って、表面
ＯＨ基の生成を制御することは、環境依存性を制御する
一つの方法であると考えられるのである。

【００２１】例えば、ＳｎＯ₂粉末を利用した場合であ
るが、何ら処理しないＳｎＯ₂粉末をＯＰＣ感光体に使
用した場合と、ＳｎＯ₂粉末をシランカップリング処理
してから使用した場合とでは、電子写真画像形成装置に
使用したときの環境変動領域内での抵抗変動の差は４〜
５桁もある。

【００２２】即ち、ＳｎＯ₂粉末にシランカップリング
処理を施したものを使用することによって、環境変動に
依存する抵抗の変動を極小さく抑えることが可能にな
る。

【００２３】ＴｉＯ₂とＳｎＯ₂の例から考えると、１つ
の目安としては、表面ＯＨ基の生成熱を用いることが可
能である。即ち、生成熱が大きければそれだけ、表面Ｏ
Ｈ基を生成する反応が活発な訳である。言い換えると、
より反応性が高いともいえる訳で、従って、この生成熱
の高い金属酸化物を用いる場合には、シランカップリン
グ処理することが有効と考えられる。

【００２４】生成熱は、より簡便には湿潤熱または表面
親水度の数値を用いても計測可能である。

【００２５】湿潤熱＝（水気吸着による表面積）／（Ｎ
２吸着による表面積）×１００表面親水度＝親水性部分の表面積／（全表面積）×１０
０そこでいま、本発明にしたがってＴｉＯ₂を次のように
シランカップリング処理したものを用いたものと、未処
理品を用いたものとを比較する。

【００２６】９５％エタノールの５％水溶液を酢酸でｐ
Ｈ４．５〜５．５に調整し、これにシラン（Ｚ−ＣＨ₂
ＣＨ₂ＳｉＸ₃の一般式からなるもの；Ｚは官能基、Ｘは
加水分解性基でアルコキシ、アシロキシ、アミン、塩
素）を２％程度になるまで添加攪拌しつつ混合する。そ
して、この中にＴｉＯ₂粒子をいれ攪拌し、シリル化し
て溶液を除去する。粒子をエタノールで軽く洗浄し、１
１０℃で５〜１０分乾燥させてシランカップリング処理
されたＴｉＯ₂粒子を得る。

【００２７】より高温での安定性を得るためには、芳香
族を含むシランカップリング剤（Ｚ−ＣＨ_2aromaticＣ
Ｈ₂ＣＨ₂ＳｉＸ₃等）を使用するとよい。また被処理粉
体を予め１５０℃で数時間乾燥すると、バルクでなく、
単一層処理し易い。

【００２８】またアルミニウム、ジルコニウム、スズ、
チタン、ニッケル等の酸化物とのシロキサン結合は安定
であるが、ホウ素、鉄、炭素の酸化物では安定性の欠い
た結合になり、アルカリ金属の酸化物と炭素塩とは安定
な結合を形成しない、等の報告もあり、注意を必要とす
る。

【００２９】さて、このようにして生成した粉体を、例
えば図１に示したような、複層からなるローラ状の帯電
部材５の最上層の中抵抗保護層１を構成する材料に、抵
抗調整剤として、Ｎ−メトキシメチル化ナイロンのアル
コール溶液に分散させ、金属芯金と一体成型した導電性
弾性からなる低抵抗層３上に、さらに設けた高抵抗層２
を保護し、抵抗調整層として塗膜を形成する。

【００３０】抵抗を調整するためにさらに補助的に金属
粉体等の導電体を入れてもよい。

【００３１】また、比較のため、シランカップリング処
理していないＴｉＯ₂粒子を同様に用いて、帯電部材を
形成した。

【００３２】これをキヤノン製のレーザービームプリン
ター（商品名「ＥＰ−Ｅ」）に組み込み、６０００枚の
耐久を２巡し、画像と抵抗を評価した。５℃、２０％以
下の低湿条件での画像で未処理ＴｉＯ₂粒子を用いた帯
電ローラの形では、若干のカブリが見られた。また初期
抵抗からの変化、抵抗アップはシランカップリング処理
したものより遥かに大きかった。

【００３３】これはＴｉＯ₂粒子に吸着生成し、周囲の
有機化合物に種々の影響を与えるＯＨ基がシランカップ
リング剤によって潰され、その絶対数が減少したため、
雰囲気中の水分の影響も結果として受け難くなり、水分
起因と考えられる抵抗変動分が抑制されたのである。

【００３４】従って、特に高温高湿環境下での抵抗変動
を抑制する。

【００３５】低温低湿環境下では、元来関与すると考え
られる水分の絶対量が少ない条件であるため、シランカ
ップリング処理の有無による差は小さく、結局、全環境
に渡っての安定性が、シランカップリング剤処理した系
で有利に得られる。

【００３６】

【実施例】以下に本発明の実施例を示す。

【００３７】（実施例１）オクタデシルジヒドロキシシ
リル基のシランカップリング剤を用い、ＴｉＯ₂粒子に
対し、これが、０，０２〜１．０ｗｔ％の範囲、本例で
は０．８ｗｔ％にカップリングさせたものを用いた。

【００３８】前記したように９５％エタノール５％水溶
液に酢酸をいれ、ｐＨ４．５〜５．５に調整しこれに上
記のシランカップリング剤を添加攪拌しつつ混合し、シ
ランが、最終的に２％になるまで行なう。次にＴｉＯ₂
粒子を入れ、２〜３分間攪拌混合、シリル化する。シリ
ル化したらデカンテーションで溶液を除去し、粒子をエ
タノールで軽く２度洗浄し、１１０℃で５〜１０分乾燥
させた。

【００３９】帯電ローラは前記例示した複層の帯電ロー
ラである。詳しくは最上層の抵抗調整のために導電剤と
して、上記したシランカップリング処理済のＴｉＯ₂粒
子を３５部、Ｎ−メトキシメチル化ナイロンのアルコー
ル溶液に分散させて塗膜生成させたものである。このと
き、全体としてローラ抵抗が、約６×１０の５乗Ωであ
る。

【００４０】この場合の抵抗測定は次のように行なっ
た。

【００４１】図３に示すように、帯電ローラ５に幅１０
ｍｍの導電性金属テープ１５を巻き付け、このテープと
ローラ芯金４との間に２５０ＶのＤＣ電圧を印加し、こ
の時に流れる電流値から、電気抵抗を測定したものであ
る。

【００４２】（比較例１）その効果を見るために、比較
例として未処理のＴｉＯ₂粒子を同様に３５部分散し
て、最上層の塗膜を形成した。抵抗は１０の５乗Ωの範
囲であった。

【００４３】実施例１、比較例１の結果は前記説明例を
確認結果であった。即ち、シランカップリング処理系で
はプリンターでの耐久後の画像も正常であり、また、著
しい抵抗の変化もなかったが、未処理系では抵抗変化が
見られた。また、画像も絞りこんだ条件でカブリが見ら
れた。

【００４４】（実施例２）ＴｉＯ₂は両性ないし酸性酸
化物であるが、それより塩基性の強いと思われるＭｇＯ
粒子を実施例１同様にシランカップリング処理し、帯電
ローラの最上層の塗膜液に３０部、分散塗膜を形成し
た。低抵抗弾性層等とあわせ、全体としての抵抗を３×
１０の５乗Ω程度に調整した。

【００４５】（比較例２）未処理のＭｇＯを用いて、実
施例２同様に帯電ローラを作成した。

【００４６】実施例２、比較例２にかかる帯電ローラを
キヤノンレーザービームプリンター（ＥＰ−Ｔ）に組み
込み、約３０００枚の耐久後そのローラのみ新規のカー
トリッジに組み込んで、さらに、約３０００枚の耐久を
行なった。

【００４７】抵抗および画像はシランカップリングの処
理有無に関係なく、共に、一応の評価レベルであった。
外観に若干の差異が観察されたので、分析を行なった。
その結果、ＭｇＣＯ₃の存在が確認され、その量は未処
理のＭｇＯ粒子を用いたものの方が多く、ローラにも歪
みが観察された。

【００４８】ＭｇＯは塩基性酸化物であり、耐久中に雰
囲気のＣＯ₂と水分と反応して、ＭｇＣＯ₃（また、その
水和物も含めて）の生成する可能性は予見出来ることで
あるが、シランカップリング剤でＭｇＯ粒子を予め処理
することにより、その生成を抑制出来たものと考えられ
る。

【００４９】

【発明の効果】以上のように、水分吸着し、さらにＯＨ
基を表面に生成する性質を有する金属酸化物にシランカ
ップリング処理を施し、それを帯電ローラの層構成に組
み込むことにより、雰囲気水分の影響を抑制すること
が、可能になった。

【００５０】また、雰囲気水分の他、２酸化炭素の吸収
反応にもその反応点を減少させたことにより、炭酸化物
の生成を抑制することが可能になったのである。

【００５１】さらに、窒素酸化物イオンに対して、抑制
効果があるようであるが、明確な結果は得られていな
い。これはオルガノポリシロキサンを感光体のイオント
ラップ層に用い、窒素酸化物イオンを遮断する、という
ことが特開平５−１８８６３１号公報に開示されている
が、帯電ローラへの適用による効果が期待できるもので
ある。

【００５２】（実施例３）実施例１とほぼ同構成である
が実施例１の最上層の塗液を調整するにあたり、さら
に、ロイコ塩基としてのメチルバイオレットＢ（前駆
体）を１５部分散したものを用いて、最上層の塗膜を形
成した。下層は前例と同じとした。また、実施例３と比
較するにあたり、実施例１を用いた。

【００５３】画像形成装置は実施例１と同じであるが、
本実施例ではさらに湿度の影響を考慮して、高温高湿下
での耐久を行なった。その後の評価は前記、耐久後の評
価方法と同じである。

【００５４】５℃、２０％以下の低温低湿環境下に一晩
おいた実施例３に掛かる試料の抵抗変動は実施例１の試
料よりも実施例３の試料の方が少なかった。

【００５５】これは耐久によりロイコ塩基としてのメチ
ルバイオレットＢが酸化され、さらに、窒素酸化物等か
ら生じた酸により、イオン状態になったため、実施例３
の試料では導電性が生じたためであると考えられた。

【００５６】実施例１では、抵抗上昇の現象として、耐
久の影響がでたが、実施例３では導電性が生じたため、
抵抗を下げる効果が生じ、総体として抵抗変動が抑制さ
れたのである。

【００５７】なおこのようなロイコ塩基の例は以下のも
のがある。

【００５８】本発明で使用できるロイコ塩基は、トリフ
ェニルメタン系染料の名称で代表される。以下の染料ロ
イコ塩基をロイコ塩基と考え、各々対応すればよい。

【００５９】例えば、ＭａｌａｃｈｉｔｅＧｒｅｅｎ
（マラカイトグリーン）、ＳｐｉｒｉｔＢｌｕｅ（ス
ピリットブルー）、ＭｅｔｈｙｌＶｉｏｌｅｔ５Ｂ
（メチルバイオレット５Ｂ）等のロイコ塩基状態を本発
明で利用することができる。

【００６０】またさらに、感圧・感熱色素は、ロイコカ
ラあるいはカラーフォーマーとも呼ばれ、染料前駆体を
示す化合物を総称して呼ばれている。これらは無色の化
合物であり、酸、アルカリ、酸化、光、圧力等により発
色する性質がある。

【００６１】このうち本発明で着目したのは、酸化、酸
で発色するタイプのものである（この明細書では、この
タイプを従来からのロイコ塩基と重ね合わせて表現して
いる。）従って、前出のトリフェニルメタン系のロイコ
塩基の他に使用可能な構造の範囲が広がって得られるの
である。

【００６２】構造としては、幾種類にも分類されるが、
基本的な変化は酸化および（または）酸の存在により、
イオン化し発色するというものである。中でも顕著な構
造の変化は元の構造中のＮ（アミノ基等）を含む基が、
酸によってプラスにイオン化し、中央メタン構造のＣに
対して環化していたカルボキシル基（Ｈの無い構造で；
−Ｃ−Ｃ＝Ｏ）が開裂して、カルボキシル基になる、と
いうものである。

【００６３】さて、前述のトリフェニルメタン系以外の
系として挙げられる構造はトリフェニルメタンフタリド
系化合物、例えばクリスタルバイオレットラクトン（Ｃ
ＶＬ）、インドリルフタリド系化合物、フルオラン系化
合物（黒色系）、ピリジンブルー等がある。その他、官
能基の種類付き方により、レッド、オレンジ、ダークグ
リーン等に発色するものが、種々知られている。

【００６４】また前述のトリフェニルメタン系化合物の
中心骨格に近い、トリアルメタン系化合物も、同様に使
用可能である。

【００６５】さらに、これらの化合物の発色機能発現の
構造変化をみると、上記以外でも、例えばトリフェニル
メタン系の（および類似構造における）中央メタンの炭
素原子に環化していた構造が、酸によって開裂する染料
前駆体ならば、本発明の目的に適合する化合物と考えら
れる。例えば−Ｃ−Ｃ＝Ｏの代わりに−Ｎ−Ｃ＝Ｏとな
っている、ローダミンラクタム系の染料前駆体（ロイコ
塩基）ならば、上記例と同じく使用可能と考えられるも
のである。

【００６６】本発明に適用可能なロイコ塩基の構造例を
以下に示す。

【００６７】

【化１】ここでＲ、Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃はアルキル基、Ｒ₃はＨ、アリ
ル基、またはハロゲンであってもよい。

【００６８】

【化２】ここでＲ₄はアルキル基である。

【００６９】

【化３】ピリジンブルー系ピリジンブルーではＲ₅がＨまたはメ
チル基、Ｒ₆，Ｒ₇がメチル基、エチル基、フェニル基等
である。

【００７０】

【化４】ローダミンラクタム系ではＲ₂はアルキル基、Ｘは置換
フェニル基である。

【００７１】なお、本発明における用途の場合には発色
するものでなくとも、構わないことは言うまでもない。

【００７２】耐久することにより、とくに表層材料主材
がＮメトキシメチル化ナイロンのように架橋が進行し、
抵抗が上昇することがある。ところが実施例３で例示し
たように、耐久により同時に層構成成分のロイコ塩基が
酸化し、さらに酸によってイオン状態になるために導電
性が生じ、先の抵抗上昇を抑制することになり、結果と
して抵抗変動の小さい系にできるのである。

【００７３】

【発明の効果】以上に説明したように本発明の帯電部材
は、水の存在下でＯＨ基を生成し易い導電性物質であ
り、かつシランカップリング処理された抵抗調整剤を含
有しているので、特に湿度の影響をできるかぎり排除
し、より安定な帯電特性が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による、ローラ状の帯電部材
の層構成例を示す横断面図。

【図２】図１の帯電ローラを用いた画像形成装置の一例
を示す概略構成図。

【図３】帯電ローラの抵抗値測定方法の概略説明図。

【符号の説明】

１中抵抗保護層２高抵抗層３低抵抗層４芯金５帯電部材６感光体７転写ローラ８転写材９レーザースキャナー１０，１１電源１２現像器１３定着ローラ対１４導電性金属テープ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子写真画像形成装置の帯電部材におい
て、前記帯電部材が、水の存在下でＯＨ基を生成し易い
導電性物質であり、かつシランカップリング処理された
抵抗調整剤を含有していることを特徴とする帯電部材。
【請求項２】前記導電性物質が金属酸化物であること
を特徴とする請求項１に記載の帯電部材。
【請求項３】前記導電性物質が酸性ないし両性酸化物
であることを特徴とする請求項１に記載の帯電部材。
【請求項４】前記帯電部材が複層からなり、その上層
の主要構成物質がＮ−メトキシメチル化ナイロンであ
り、かつ前記金属酸化物が酸化チタン（ＴｉＯ ₂）であ
ることを特徴とする請求項１に記載の帯電部材。
【請求項５】シランカップリング処理された前記導電
性物質とロイコ塩基とを、前記帯電部材の層構成成分と
して含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか
１項に記載の帯電部材。