JP5612805B2

JP5612805B2 - 帯電ロール

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Publication number: JP5612805B2
Application number: JP2008013835A
Authority: JP
Inventors: 巽　聡司; 聡司巽; 伸吉柏原
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 2008-01-24
Filing date: 2008-01-24
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2028-01-24
Also published as: JP2009175427A

Description

本発明は、複写機，プリンター，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し、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、複写紙に転写して、複写画像を得るのである。

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（接触式帯電方式）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）電圧印加方式と交流（ＡＣ）電圧印加方式との重畳電圧印加が行われている。これは、ＤＣ電圧印加方式のみでは、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、ＤＣ電圧印加方式と、ＡＣ電圧印加方式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、上記ＡＣ電圧印加方式では、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ＤＣ電圧印加方式に用いられる帯電ロールが求められている。

このような接触式ＤＣ電圧印加方式においては、感光ドラム上の放電領域が狭いため、局部に帯電が集中し、帯電ロールと感光ドラムとの電位差が大きくなり、電位が高いところから低いところに移動する（沿面放電が大きくなる）。そのため、感光ドラム上に電位むらが生じ、横すじが発生する。

そこで、このような横すじの発生を抑制するため、従来より、ロール最外層である表面層に粗さ形成粒子を添加した帯電ロールが提案されている。例えば、ロール最外層である表面層に、平均粒径が１μｍ以上の粒子（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。また、被帯電体に当接させて、この被帯電体との間に電圧を印加することにより、被帯電体を帯電させる帯電部材において、少なくとも上記被帯電体と接触する部材表面が、疎水性粉末を含有する樹脂組成物からなる表面層で形成されている帯電部材（例えば、特許文献３参照）が提案されている。
特開２００３−２０２７３０号公報特開２００５−９１４５５号公報特開２００２−２７８２１８号公報

上記特許文献１〜３に示すように、表面層に粒子（粗さ形成粒子）を添加すると、感光ドラム上の放電領域が広くなるため、広域に帯電して、帯電ロールと感光ドラムとの電位差が小さくなり、電位の移動も小さくなる（沿面放電が小さくなる）。そのため、感光ドラム上の電位むらが弱くなり、粒子を添加する前に比べると、横すじの発生を抑制することができる。しかしながら、上記表面層に含有させる粒子は、通常、絶縁物であるため、その粒子部分に電流が流れなくなり、この影響によって、抵抗むらが発生し、微小な横すじが発生するという難点がある。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、横すじの発生を抑制でき、帯電性能にばらつきがない、接触式ＤＣ電圧印加方式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に、本発明の帯電ロールは、軸体と、上記軸体の外周に、直接もしくは他の層を介して形成される抵抗調整層と、上記抵抗調整層の外周に形成される保護層とを備えた帯電ロールであって、上記保護層が、下記の（Ａ）〜（Ｃ）を含有する組成物からなるという構成をとる。
（Ａ）アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレア系樹脂、ゴム系ポリマーおよび熱可塑性エラストマーからなる群から選ばれた少なくとも一つのバインダーポリマー。
（Ｂ）クレイ、架橋ポリメタクリル酸メチル粒子およびシリカ粒子からなる群から選ばれた少なくとも一つの、比表面積が８２ｍ²／ｇ以上の、孔が粒子内部まで連通している連通多孔質である多孔質粒子。
（Ｃ）導電剤。

すなわち、本発明者らは、横すじの発生を抑制でき、帯電性能にばらつきがない、接触式ＤＣ電圧印加方式に最適な帯電ロールを得るため、鋭意研究を重ねた。そして、保護層に含有させる粒子（粗さ形成粒子）について研究を重ねた結果、比表面積が８２ｍ²／ｇ以上の多孔質粒子を用いると、所期の目的を達成できることを見いだし、本発明に到達した。すなわち、バインダーポリマーと、比表面積が８２ｍ²／ｇ以上の多孔質粒子と、導電剤とを含有する組成物からなる保護層を備えた帯電ロールは、バインダーポリマー中に導電剤が分散されており、この導電剤が分散されたバインダーポリマーの一部が、多孔質粒子の内部（孔内）にまで侵入するため、多孔質粒子が絶縁物であっても、粒子部分に電流が流れるようになる。その結果、保護層内のバインダーポリマーおよび多孔質粒子での導電性が均一になり、保護層内の抵抗むらが小さくなり、微小な横すじの発生を抑制することができるようになる。

このように、本発明の帯電ロールは、バインダーポリマーと、比表面積が８２ｍ²／ｇ以上の多孔質粒子と、導電剤とを含有する組成物からなる保護層を備えており、導電剤が分散されたバインダーポリマーの一部が、多孔質粒子の内部（孔内）にまで侵入するため、保護層内のバインダーポリマーおよび多孔質粒子での導電性が均一になり、粒子による微小な横すじの発生を抑制することができるようになる。

また、上記バインダーポリマーが、アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレア系樹脂、ゴム系ポリマーおよび熱可塑性エラストマーからなる群から選ばれた少なくとも一つであると、配合物との分散性が向上する。

そして、上記多孔質粒子が、絶縁多孔質粒子であると、安定した抵抗調整の面で効果が得られる。

また、上記多孔質粒子が、クレイ、架橋ポリメタクリル酸メチル粒子およびシリカ粒子からなる群から選ばれた少なくとも一つであると、微細な帯電横すじが減少するという効果が得られる。

さらに、上記多孔質粒子の配合量が、上記バインダーポリマー１００重量部に対して、１〜１００重量部の範囲であると、微細な帯電横すじが減少するという効果が得られる。

つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。

本発明の帯電ロールとしては、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が形成され構成されたものがあげられる。

ここで、本発明においては、上記保護層３が、下記の（Ａ）〜（Ｃ）を含有する組成物からなることが最大の特徴である。
（Ａ）アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレア系樹脂、ゴム系ポリマーおよび熱可塑性エラストマーからなる群から選ばれた少なくとも一つのバインダーポリマー。
（Ｂ）クレイ、架橋ポリメタクリル酸メチル粒子およびシリカ粒子からなる群から選ばれた少なくとも一つの、比表面積が８２ｍ²／ｇ以上の、孔が粒子内部まで連通している連通多孔質である多孔質粒子。
（Ｃ）導電剤。

上記帯電ロールの軸体１としては、例えば、中実体であっても、中空円筒体であってもよい。その形成材料としては、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く、接着剤、プライマー等は、必要に応じて導電化を行ってもよい。

つぎに、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（抵抗調整層用材料）としては、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）、シリコーンゴム等のベースポリマーがあげられる。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。

上記抵抗調整層用材料には、上記ベースポリマー以外に、導電剤、発泡剤、架橋剤、架橋促進剤、オイル等を必要に応じて適宜に添加しても差し支えない。

上記導電剤としては、例えば、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第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、界面活性剤等）等があげられる。

そして、上記抵抗調整層用材料は、例えば、上記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。

つぎに、上記抵抗調整層２の外周面に形成される保護層３の形成材料としては、下記の（Ａ）〜（Ｃ）を含有する組成物（保護層用材料）が用いられる。
（Ａ）アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレア系樹脂、ゴム系ポリマーおよび熱可塑性エラストマーからなる群から選ばれた少なくとも一つのバインダーポリマー。
（Ｂ）クレイ、架橋ポリメタクリル酸メチル粒子およびシリカ粒子からなる群から選ばれた少なくとも一つの、比表面積が８２ｍ²／ｇ以上の、孔が粒子内部まで連通している連通多孔質である多孔質粒子。
（Ｃ）導電剤。

上記バインダーポリマー（Ａ成分）としては、配合物の分散性の点から、溶剤可溶性のものが好ましく、アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレア系樹脂、ゴム系ポリマー、熱可塑性エラストマーが用いられる。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。これらのなかでも、防汚性の点で、アクリルフッ素樹脂等のアクリル系樹脂が好ましい。

上記溶剤としては、例えば、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の有機溶剤があげられる。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。

つぎに、上記バインダーポリマー（Ａ成分）とともに用いられる、特定の多孔質粒子（Ｂ成分）は、比表面積が８２ｍ²／ｇ以上である。すなわち、比表面積が８２ｍ²／ｇ未満であると、微小な横すじが発生するようになるからである。

ここで、上記多孔質粒子（Ｂ成分）の比表面積は、つぎのようにして測定される。すなわち、比表面積測定装置（例えば、島津製作所社製、Micromeritics GEMINI2360）を用い、比表面積前処理条件（通常、前処理温度：１２０℃、Ｎ₂ガスパージ：６０分）、比表面積測定条件（ＢＥＴ多点法）により、多孔質粒子（Ｂ成分）の比表面積（ｍ²／ｇ）を測定することができる。

上記特定の多孔質粒子（Ｂ成分）における「多孔質」とは、孔が粒子内部まで連通している連通多孔質であることをいい、粒子が連通多孔質であるか否かは、例えば、粒子の断面を電子顕微鏡等で観察することにより確認できる。

上記特定の多孔質粒子（Ｂ成分）は、絶縁性物でも導電性物でもよく、シリカ、クレイ、架橋ポリメタクリル酸メチルが用いられる。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。これらのなかでも、抵抗調整の点で、絶縁性物が好ましい。

上記特定の多孔質粒子（Ｂ成分）の平均粒径としては、１５０μｍ以下が好ましく、特に好ましくは１〜５０μｍの範囲である。

なお、本発明において、上記多孔質粒子（Ｂ成分）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。

また、上記特定の多孔質粒子（Ｂ成分）の配合量は、画像に対する効果の点から、上記バインダーポリマー（Ａ成分）１００重量部（以下「部」と略す）に対して、１〜１００部の範囲が好ましく、特に好ましくは３〜５０部の範囲である。すなわち、Ｂ成分の配合量が少なすぎると、画像に対する効果が充分に発揮されず、逆にＢ成分の配合量が多すぎると、高硬度化や抵抗調整が困難になる傾向がみられるからである。

また、上記Ａ成分およびＢ成分とともに用いられる導電剤（Ｃ成分）としては、例えば、導電性カーボンブラック，ｃ−ＺｎＯ（導電性酸化亜鉛），ｃ−ＴｉＯ₂（導電性酸化チタン），ｃ−ＳｎＯ₂（導電性酸化錫），グラファイト等の電子導電剤や、第四級アンモニウム塩，ホウ酸塩，過塩素酸塩，リチウム塩，カリウム塩，界面活性剤等のイオン導電剤等があげられる。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。

上記導電剤（Ｃ成分）が電子導電剤の場合の配合量は、物性や電気特性の点から、上記バインダーポリマー（Ａ成分）１００部に対して、１〜１００部の範囲が好ましく、特に好ましくは１〜６０部の範囲である。また、上記導電剤（Ｃ成分）がイオン導電剤の場合の配合量は、物性や電気特性の点から、上記バインダーポリマー（Ａ成分）１００部に対して、１〜５０部の範囲が好ましく、特に好ましくは１〜５部の範囲である。

なお、上記保護層用材料には、上記Ａ〜Ｃ成分に加えて、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、オイル等を必要に応じて適宜に配合しても差し支えない。

そして、上記保護層用材料（コーティング液）は、例えば、上記各成分を所定の割合で配合し、サンドミルを用いて分散を行うことにより、調製することができる。

本発明の帯電ロールは、これらの材料を用いて、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、前記抵抗調整層用材料を注型する。つぎに、金型を閉じて加熱処理（通常、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。つづいて、上記ロール中間体における抵抗調整層２の外周面に、保護層用材料（コーティング液）をロールコート法により塗工した後、乾燥（通常、４０℃×３０分）および加熱処理（通常、１００℃×３０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、軸体（芯金）１の外周面に、抵抗調整層２が形成され、その外周面に保護層３が形成されてなる二層構造の帯電ロール（図１参照）を作製することができる。

なお、上記保護層用材料の塗工方法は、上記ロールコート法に限らず、ディッピング法、スプレー法等であっても差し支えない。

本発明の帯電ロールにおいて、抵抗調整層２の厚みは、通常、２０〜８０００μｍの範囲であり、好ましくは８０〜５０００μｍの範囲である。また、上記保護層３の厚みは、１〜１００μｍの範囲が好ましく、特に好ましくは１〜５０μｍの範囲である。

なお、本発明の帯電ロールは、図１に示すような二層構造に限定されるものでなく、例えば、軸体１と抵抗調整層２との間に、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も可能である。

つぎに、実施例について比較例、参考例と併せて説明する。ただし、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。

〔参考例１〕
（抵抗調整層用材料の調製）
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（ダイソー社製、エピクロマーＣＧ１０２）７０部と、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（日本ゼオン社製、ニポールＤＮ１０１）３０部と、シリカ（日本シリカ社製、ニプシールＶＮ３）５０部と、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部と、酸化亜鉛５部と、ステアリン酸（花王社製、ルナックＳ−３０）１部と、加硫促進剤（大内新興化学工業社製、ノクセラーＤＭ）０．５部と、加硫促進剤（大内新興化学工業社製、ノクセラーＴＴ）０．５部と、加硫促進剤（大内新興化学工業社製、ノクセラーＴＲＡ）０．５部とを配合し、ロールを用いて混練することにより、抵抗調整層用材料を調製した。

（保護層用材料の調製）
後記の表１に示す材料を同表に示す割合で配合するとともに、溶剤としてＭＥＫ３００ｍｌを使用しサンドミルを用いて分散を行い、保護層用材料（コーティング液）を調製した。

（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、金型内に装填し、金型内の中空部に、上記抵抗調整層用材料を注型した。つぎに、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が形成されたロール中間体を取り出した。つづいて、上記ロール中間体における抵抗調整層の外周面に、保護層用材料（コーティング液）をロールコート法により塗工した後、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、軸体（芯金）の外周面に、抵抗調整層（厚み１．５ｍｍ）が形成され、その外周面に保護層（厚み１０μｍ）が形成されてなる二層構造の帯電ロール（図１参照）を作製した。

〔実施例１，２、比較例１，２〕
下記の表１に示す材料を同表に示す割合で配合してなる保護層用材料を用いて保護層を形成する以外は、参考例１と同様にして、二層構造の帯電ロールを作製した。

なお、上記表１に示した材料は、下記のとおりである。

〔アクリルフッ素樹脂（Ａ成分）〕
エルフアトケムジャパン社製、カイナーＳＬ

〔絶縁多孔質粒子Ａ（Ｂ成分）〕
クレイ（三洋貿易社製、ポリフィルＷＣ、平均粒径：１．４μｍ）

〔絶縁多孔質粒子Ｂ（Ｂ成分）〕
架橋ポリメタクリル酸メチル粒子（積水化成品工業社製、ＭＢＰ−８、平均粒径：８μｍ）

〔絶縁多孔質粒子Ｃ（Ｂ成分）〕
シリカ粒子（富士シリシア化学社製、サイリシア４４６、平均粒径：４μｍ）

〔絶縁粒子ａ〕
アクリル粒子（綜研化学社製、ケミスノーＭＸ１５０、平均粒径：１．５μｍ）

〔絶縁粒子ｂ〕
シリカ粒子（テツタニ社製、アエロジルＲ９７２、平均粒径：１６μｍ）

〔導電剤（Ｃ成分）〕
電気化学工業社製、デンカブラックＨＳ−１００

このようにして得られた実施例品および比較例品、参考例品を用い、下記の基準に従って、各特性の評価を行った。その結果を、上記表１に併せて示した。

〔粒子比表面積〕
保護層用材料に用いた粒子（絶縁多孔質粒子、絶縁粒子）の比表面積を測定した。すなわち、比表面積測定装置（島津製作所社製、Micromeritics GEMINI2360）を用い、比表面積前処理条件（前処理温度：１２０℃、Ｎ₂ガスパージ：６０分）、比表面積測定条件（ＢＥＴ多点法）により、粒子比表面積（ｍ²／ｇ）を測定した。

〔画像評価〕
各帯電ロールを市販の直流帯電方式プリンター（ＨＰ社製、Color Laser Jet 4700dn）に組み込み、１５℃×１０％の環境下で、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。その後、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（対象画像）を印刷し、横すじの発生を目視で評価した。評価は、明らかな横すじが発生し、許容レベルに満たないものを×、微小な横すじが発生しているが許容レベルにあるものを△、横すじが殆ど発生していないものを○、横すじが全く発生していないものを◎とした。

上記表１の結果から、実施例品は、比表面積が大きい（８２ｍ²／ｇ以上）多孔質粒子を保護層に用いているため、横すじの発生が抑制され、画像評価に優れていた。

なお、実施例のアクリルフッ素樹脂に代えて、他のバインダーポリマー（アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレア系樹脂、ゴム系ポリマー、熱可塑性エラストマー）を用いた場合も、実施例と略同様の優れた効果が得られた。

これに対して、比較例１品の保護層に使用する絶縁粒子ａは、比表面積が小さく（８２ｍ²／ｇ未満）、しかも多孔質でないため、横すじの発生が多く、許容レベルに満たず、画像評価が劣っていた。また、比較例２品の保護層に使用する絶縁粒子ｂは、比表面積は大きい（８２ｍ²／ｇ以上）が、多孔質でないため、横すじが発生し、画像評価が劣っていた。

本発明の帯電ロールは、例えば、複写機，プリンター，ファクシミリ等の電子写真装置に用いられ、接触式ＤＣ電圧印加方式の帯電ロールに最適である。

本発明の帯電ロールの一例を示す模式図である。

符号の説明

１軸体
２抵抗調整層
３保護層
４多孔質粒子

Claims

軸体と、上記軸体の外周に、直接もしくは他の層を介して形成される抵抗調整層と、上記抵抗調整層の外周に形成される保護層とを備えた帯電ロールであって、上記保護層が、下記の（Ａ）〜（Ｃ）を含有する組成物からなることを特徴とする帯電ロール。
（Ａ）アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレア系樹脂、ゴム系ポリマーおよび熱可塑性エラストマーからなる群から選ばれた少なくとも一つのバインダーポリマー。
（Ｂ）クレイ、架橋ポリメタクリル酸メチル粒子およびシリカ粒子からなる群から選ばれた少なくとも一つの、比表面積が８２ｍ²／ｇ以上の、孔が粒子内部まで連通している連通多孔質である多孔質粒子。
（Ｃ）導電剤。
上記（Ｂ）の多孔質粒子が、絶縁多孔質粒子である請求項１記載の帯電ロール。
上記（Ｂ）の多孔質粒子の配合量は、上記（Ａ）のバインダーポリマー１００重量部に対して、１〜１００重量部の範囲である請求項１または２記載の帯電ロール。