(57)【要約】【課題】画像ムラの発生を抑制することが可能な導電性ロールを提供する。【解決手段】導電性ロールは、芯材と、芯材の周囲に配置されたゴム基材と、ゴム基材の周囲に配置された表層とを備える。表層は、導電性マトリックスと、導電性マトリックス内に分散された絶縁性の複数の粒子とを備える。粒子は、複数の大粒子と、大粒子よりも小さい大きさを有する複数の小粒子を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯材と、前記芯材の周囲に配置されたゴム基材と、前記ゴム基材の周囲に配置された表層とを備え、
前記表層は、導電性マトリックスと、前記導電性マトリックス内に分散された絶縁性の複数の粒子とを備え、
前記粒子は、複数の大粒子と、前記大粒子よりも小さい大きさを有する複数の小粒子を有する
ことを特徴とする導電性ロール。
【請求項２】
前記大粒子の間に前記小粒子が配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の導電性ロール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置の帯電ロールなどに用いられる導電性ロールに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真式複写機等の画像形成装置における画質は、感光体の帯電状態の均一性に依存しており、帯電ロールの表面粗さが、帯電状態の均一性に影響する。従来、帯電ロールの表面粗さに言及した技術としては、特許文献１〜３が知られている。
【０００３】
特許文献１には、導電性支持体と、導電性支持体上に積層された導電性弾性体層と、導電性弾性体層上に最外層として積層された導電性樹脂層とからなる帯電部材（帯電ロール）に関する技術が記載されている。導電性樹脂層はマトリックス材料と、樹脂粒子及び無機粒子からなる群より選択される少なくとも一種の粒子を含有し、粒子は第一の粒子を含有し、導電性樹脂層におけるマトリックス材料単独で形成される部分の層厚をＡ［μｍ］、粒子の平均粒子径をＢ１［μｍ］、及び粒子の粒子間距離をＳｍ［μｍ］としたとき、Ａが１０μｍ〜７．０μｍであり、Ｂ１／Ａが５．０〜３０．０であり、Ｓｍが５０μｍ〜４００μｍである。
【０００４】
特許文献２には、正帯電単層型電子写真感光体と、感光体の表面を帯電するための接触帯電部材を有する帯電装置と、帯電された像担持体の表面を露光して、像担持体の表面に静電潜像を形成するための露光装置と、静電潜像をトナー像として現像するための現像装置と、トナー像を像担持体から被転写体へ転写するための転写装置とを備える画像形成装置に関する技術が記載されている。接触帯電部材は、ゴム硬度がＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度で６２°〜８１°である導電性のゴムからなる帯電ローラであり、接触帯電部材の帯電ローラのローラ表面粗度が、凹凸の平均間隔Ｓｍで５５μｍ〜１３０μｍであり、かつ十点平均粗さＲＺで９μｍ〜１９μｍである。
【０００５】
特許文献３には、導電性支持体と、導電性支持体上にロール状に形成された半導電性弾性層と、半導電性弾性層の表面に形成された保護層とを具備する帯電ローラに関する技術が記載されている。保護層は、保護層への外部物質の付着を防止する機能を発現する微粒子を含有した保護層形成用塗工液を塗工することにより形成され、微粒子の体積平均粒径は保護層の表面粗さが１μｍ以下となるように微細化されている。
【０００６】
特許文献１〜３によれば、帯電ロールの最表面の表面粗さを、表層に含有させた微粒子により調整することで、帯電ロールと感光体間の放電をできるだけ均一化して、画像品質を向上させようとする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−１２１７６９号公報
【特許文献２】特開２０１２−１４１４１号公報
【特許文献３】特開２００５−９１４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
画像形成装置に対して、高い画像品質の要求が高まっている。
【０００９】
本発明は、画像ムラを低減することが可能な導電性ロールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る導電性ロールは、芯材と、前記芯材の周囲に配置されたゴム基材と、前記ゴム基材の周囲に配置された表層とを備え、前記表層は、導電性マトリックスと、前記導電性マトリックス内に分散された絶縁性の複数の粒子とを備え、前記粒子は、複数の大粒子と、前記大粒子よりも小さい大きさを有する複数の小粒子を有する。
【００１１】
本発明によれば、複数の大粒子と複数の小粒子を有する絶縁性の粒子が表層の導電性マトリックス内に分散するので、導電性ロールの表層からの放電が均一化され、画像ムラを低減することができると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る帯電ロールを使用する画像形成装置の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る帯電ロールの一例を示す断面図である。
【図３】実施形態に係る帯電ロールの軸方向に沿って切断したゴム基材と表層の断面図である。
【図４】比較例に係る帯電ロールの軸方向に沿って切断したゴム基材と表層の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。以下、導電性ロールの例として、帯電ロールを説明する。図面において縮尺は、必ずしも実施形態の製品またはサンプルを正確に表してはおらず、一部の寸法を誇張して表現している場合もある。
【００１４】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る画像形成装置は、感光体１を備える。感光体１の周囲には、現像部２、露光部３、帯電部４、転写部６及びクリーニング部５が配置されている。現像部２には、現像ロール２０、規制ブレード２１及び供給ロール２２が設けられ、トナー２３が充填されている。帯電部４には、帯電ロール４０が設けられている。転写部６は、記録媒体である紙のシート６０にトナー画像を転写する。転写部６で転写されたトナー画像は、図示しない定着部で定着される。
【００１５】
円柱状であり回転する感光体１と円柱状であり回転する帯電ロール４０は、ニップ５０で接触する。感光体１と帯電ロール４０の回転方向におけるニップ５０の手前のギャップ領域５１（場合によっては、手前のギャップ領域５１に加えてニップ５０の後のギャップ領域５２）において、感光体１と帯電ロール４０の間で放電が起こり、感光体１の表面が帯電される。感光体１の表面の帯電状態は、感光体１の周方向および軸線方向にわたって一様であることが好ましい。
【００１６】
図２は、本発明の実施形態に係る帯電ロールの一例を示す断面図である。
図２に示すように、帯電ロール４０は、芯材４０１と、芯材４０１の外周面に形成されたゴム基材４０２と、ゴム基材４０２の外周面にコーティングされた表層４０３とを有する。ゴム基材４０２の外周面にコーティング成分による表層４０３を形成し、その表層４０３の表面粗さおよび表層４０３の成分を適切にすることにより、感光体１と帯電ロール４０の間の放電ムラが解消されて、感光体１に均一に放電することが可能となり、露光部３で形成された潜像に正確に対応する量のトナーを現像部２は感光体１の表面に付着させることができる。
【００１７】
＜芯材＞
芯材４０１は、限定されるわけではないが、熱伝導性及び機械的強度に優れた金属又は樹脂材料から形成することができ、例えば、ＳＵＳ合金、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル合金、鉄（Ｆｅ）、磁性ステンレス、コバルト−ニッケル（Ｃｏ−Ｎｉ）合金等の金属材料や、ＰＩ（ポリイミド樹脂）等の樹脂材料から形成することができる。また、芯材４０１の構造についても特に制限はなく、中空であっても、中空でなくてもよい。
【００１８】
＜ゴム基材＞
ゴム基材４０２は、芯材４０１の外周面に配置されており、導電性を有する導電性ゴムによって形成されている。ゴム基材４０２は、１層であっても、２層以上であってもよい。また、芯材４０１とゴム基材４０２の間に、必要に応じて密着層や調整層等を設けてもよい。
【００１９】
ゴム基材４０２は、導電性ゴムに導電性付与材や架橋剤等を添加して得られたゴム組成物を、芯材４０１の周囲に、成形することによって形成できる。導電性ゴムとしては、ポリウレタンゴム（ＰＵＲ）、エピクロルヒドリンゴム（ＥＣＯ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、スチレンゴム（ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）等を挙げることができる。
【００２０】
導電性付与材としては、カーボンブラック、金属粉等の電子導電性付与材、イオン導電付与材、又はこれらを混合して用いることができる。
イオン導電付与材としては、有機塩類、無機塩類、金属錯体、イオン性液体等が挙げられる。有機塩類としては、三フッ化酢酸ナトリウム等が挙げられ、無機塩類としては、過塩素酸リチウム、４級アンモニウム塩等が挙げられる。また、金属錯体としては、ハロゲン化第二鉄−エチレングリコール等が挙げられ、具体的には、特許第３６５５３６４号公報に記載されたものを挙げることができる。イオン性液体は、室温で液体である溶融塩であり、常温溶融塩とも呼ばれるものであり、特に、融点が７０℃以下、好ましくは３０℃以下のものをいう。具体的には、特開２００３−２０２７２２号公報に記載されたものを挙げることができる。
【００２１】
また、架橋剤としては、特に限定されず、例えば、硫黄や過酸化物加硫剤等が挙げられる。
【００２２】
さらに、ゴム組成物には、必要に応じて架橋剤の働きを促進させる架橋助剤等を加えてもよい。架橋助剤としては、無機系の酸化亜鉛や酸化マグネシウム、有機系のステアリン酸やアミン類等が挙げられる。また、架橋時間の短縮等の目的で、チアゾール系、またはその他の架橋促進剤を用いてもよい。ゴム組成物には、必要に応じて他の添加剤を加えてもよい。
【００２３】
本実施形態において、芯材４０１の外周面に形成されたゴム基材４０２の表面を研磨機で研磨し、所定の厚さに合わせた後、研磨砥石による乾式研磨を行った後に、ゴム基材４０２の外周面に表層４０３を形成する。このように研磨を行うのは、ゴム基材４０２の表面粗さを適切に調整し、その外側の表層４０３の表面粗さを調整するためである。
ゴム基材４０２の表面粗さを極力小さくする場合、ゴム基材４０２の表面粗さ（JIS B 0601:1994に準拠する十点平均粗さ）ＲＺは、８．５μｍ以下であることが好ましい。この場合、表面粗さＲＺは、接触式の表面粗さ計により測定された値である。
乾式研磨は、例えば、ゴム基材４０２を回転させた状態で、回転砥石をゴム基材４０２に接触させながら軸方向に移動させることにより行う（トラバース研磨）。ゴム基材４０２の表面粗さを極力小さくする場合には、回転の際に、例えば、研磨機の砥石回転数を１０００ｒｐｍ、２０００ｒｐｍ、３０００ｒｐｍのように順次上げてもよい。或いは、研磨砥石の種類を変更してもよく、例えば、ＧＣ（green carborundum）砥石番手をＧＣ６０、ＧＣ１２０、ＧＣ２２０のように順次上げて研磨してもよい。
また、ゴム基材４０２の表面を乾式研磨した後に、更に耐水研磨ペーパー等を用いて湿式研磨機で湿式研磨を施して研磨してもよい。ここで、湿式研磨は、耐水研磨ペーパー、例えば、耐水性のサンドペーパーを用い、これに研磨液を供給しながらゴム基材４０２を回転させた状態で接触させることにより研磨する。
【００２４】
＜ゴム基材のゴム硬度＞
ゴム基材４０２について、デュロメータ（「ＪＩＳ  Ｋ  ６２５３」に準拠した「タイプＡ」）を用いて測定した硬度は、５０°〜６４°の範囲が好ましい。
ゴム基材４０２の外側の表層４０３は薄いため、帯電ロール４０の表面の硬度は、ゴム基材４０２に影響される。ゴム基材４０２の硬度が５０°未満であると、帯電ロール４０の表面の凸部が潰れて、感光体１が汚れやすく、画像不良が発生する。一方、ゴム基材４０２の硬度が６４°より大きいと、帯電ロール４０の表面の凸部が画像に反映されるおそれがある。
【００２５】
＜表層＞
本実施形態では、ゴム基材４０２の外周面に、コーティング液を塗布し、乾燥硬化させることにより、表層４０３を形成することができる。コーティング液を塗布する方法としては、ディップコート法、ロールコート法、スプレーコート法等を用いることができる。例えば、コーティング液を撹拌し、コーティング液をゴム基材４０２の表面にスプレーコートして、電気炉にて８０℃〜１６０℃で２０〜６０分間乾燥し、ゴム基材４０２の外周面に表層４０３を形成し、帯電ロールを作製することができる。
【００２６】
図３に示すように、硬化した表層４０３は、導電性マトリックス４０４と、導電性マトリックス４０４に分散された複数の粒子４０５，４０６とを有する。粒子４０５，４０６は絶縁性であって、粒子４０５は、粒子４０６よりも大きな直径を有する。以下、粒子４０５を大粒子と呼び、粒子４０６を小粒子と呼ぶ。
【００２７】
大粒子４０５は、表面粗さ付与材（粗さ付与材ともいう。）であって、表層４０３に適切な表面粗さを与える。小粒子４０６は、大粒子４０５の間に配置されている。小粒子４０６も導電性マトリックス４０４から露出する場合には、粗さ付与材として機能する。導電性マトリックス４０４は、大粒子４０５と小粒子４０６を固定位置に保持する役割と、感光体１に対する放電を行う役割を果たす。上記の通り、ギャップ領域５１（および場合によりギャップ領域５２）において、帯電ロール４０と感光体１の間で放電が起こる。
【００２８】
図３に示す例では、大粒子４０５および小粒子４０６は導電性マトリックス４０４内に完全に埋没していないが、完全に埋没していてもよい。導電性マトリックス４０４の厚さが小さい場合には、大粒子４０５および小粒子４０６を保持する能力が低いため、大粒子４０５および小粒子４０６の直径に対して、導電性マトリックス４０４は適切な厚さを有するのが好ましい。導電性マトリックス４０４の厚さが大きく、導電性マトリックス４０４の電気抵抗が大きい場合には、放電が発生しにくくなりがちであるが、導電性マトリックス４０４に含まれる導電剤の割合を向上させることにより、導電性マトリックス４０４の電気抵抗を低減して、放電を発生させやすくすることができる。
【００２９】
本実施形態においては、表面粗さが調整されたゴム基材４０２の上に形成された表層４０３に粗さ付与材としての大粒子４０５（および場合により小粒子４０６）が分散されていることにより、表層４０３の表面粗さが調整されている。本実施形態において、表層４０３の導電性マトリックス４０４の膜厚は、２μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは、３μｍ〜１４μｍの範囲である。この厚さが１５μｍを超えた場合には、表層４０３の表面粗さが小さくなりすぎて、画像ムラの原因となる。表層４０３の好ましい表面粗さ（JIS B 0601:1994に準拠する十点平均粗さ）ＲＺは、１，７μｍ以上である。
【００３０】
大粒子４０５および小粒子４０６の直径は、０．５μｍ以上６０μｍ以下である。
【００３１】
大粒子４０５の直径は、小粒子４０６の直径の１．５〜１５倍であることが好ましい。
【００３２】
上記のギャップ領域５１（および場合によりギャップ領域５２）における帯電ロール４０の感光体１に対する放電は、表層４０３のうち絶縁体である大粒子４０５および小粒子４０６の存在しない部分で起こりやすいと考えられる。図３に示す点線はギャップ領域５１における想定される放電を模式的に示す。本実施形態によれば、複数の大粒子４０５と複数の小粒子４０６を有する絶縁性の粒子４０５，４０６が表層４０３の導電性マトリックス４０４内に分散し、大粒子４０５の間に小粒子４０６が配置されているので、帯電ロール４０の表層４０３からの放電箇所が分散されると考えられる。結果的に、放電が均一化され、画像ムラを低減することができると考えられる。
【００３３】
図４は、比較例に係る帯電ロール４０を示す。この比較例では、表層４０３は、導電性マトリックス４０４と、導電性マトリックス４０４に分散された大粒子４０５とを有し、小粒子４０６を含まない。比較例では、表層４０３内で大粒子４０５間の間隙に小粒子４０６が存在しないため、放電箇所が分散されず、放電は点線で示すように均一ではないと考えられる。
【００３４】
図３および図４は、帯電ロール４０の軸方向に沿う断面図であるが、帯電ロール４０の周方向においても、本実施形態では大粒子４０５の間に小粒子４０６が配置される。
【００３５】
本実施形態において、表層４０３における大粒子４０５と小粒子４０６の含有率の合計は、０．５重量％〜７０重量％であることが好ましい。粒子含有量が多い場合、粒子同士が重なり合うため、表層４０３の凹凸のピッチ（凹凸平均間隔Ｓｍおよび粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍ）が大となり、画像ムラの原因となる。凹凸平均間隔Ｓｍは、JIS B 0601:1994に準拠しており、例えば、非接触式のレーザー顕微鏡により測定される。粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍは、JIS B 0601:2001に準拠しており、例えば、非接触式のレーザー顕微鏡により測定される。表層４０３の好ましい凹凸平均間隔Ｓｍは、例えば、２００μｍ以下である。
【００３６】
本実施形態において、表層４０３の材料であるコーティング液の成分は、ベース材、導電剤、大粒子４０５、および小粒子４０６を少なくとも含有する。コーティング液の硬化後に、ベース材と導電材は、導電性マトリックス４０４の成分となる。
【００３７】
コーティング液は、たとえば、下記組成の成分を希釈溶剤に溶解させて得られる（コーティング液組成）。
・ベース材：１０重量部〜８０重量部
・導電剤：１重量部〜５０重量部
【００３８】
大粒子４０５の粒径および添加量、ならびに小粒子４０６の粒径および添加量を適切に調整することにより、表層４０３の表面粗さおよび凹凸のピッチを適切に調整することができ、また、表層４０３からの放電状態を改善することができると考えられる。したがって、帯電ロール４０と感光体１間の放電がほぼ均一化され、所望の濃度の画像が形成され、画像品質が向上すると考えられる。
【００３９】
＜ベース材＞
コーティング液に含まれるベース材は絶縁体である。ベース材としては、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、アクリルウレタン樹脂、アミノ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、メラミン樹脂、ナイロン樹脂等が挙げられる。これらのベース材は、単独で又は任意の組み合わせで用いることができる。
【００４０】
＜導電剤＞
コーティング液に含まれる導電剤としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、トーカブラック等のカーボンブラック、カーボンナノチューブ、過塩素リチウム等のイオン、ヘキサフルオロリン酸１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム等のイオン性液体、酸化スズ等の金属酸化物、導電性ポリマーが挙げられる。これらの導電剤は、単独で又は任意の組み合わせで用いることができる。
【００４１】
＜粒子４０５，４０６＞
コーティング液に含まれる大粒子４０５および小粒子４０６としては、アクリル粒子、ウレタン粒子、ポリアミド樹脂粒子、シリコーン樹脂粒子、フッ素樹脂粒子、スチレン樹脂粒子、フェノール樹脂粒子、ポリエステル樹脂粒子、オレフィン樹脂粒子、エポキシ樹脂粒子、ナイロン樹脂粒子、カーボン、グラファイト、炭化バルン、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、タルク、カオリンクレー、珪藻土、ガラスビーズ、中空ガラス球等が挙げられる。これらの粒子は、単独で又は任意の組み合わせで用いることができる。
【００４２】
ウレタン粒子としては、根上工業株式会社製のウレタンビーズを用いることができる。ウレタンビーズの平均粒径と製品名との関係は以下の通りである。但し、実際には、一つの製品は、平均粒径と異なる粒径の粒子を含む。下記は、平均粒径６μｍ〜３０μｍについての例である。
φ  ６μｍ：ウレタンビーズ「Ｃ−８００」
φ１０μｍ：ウレタンビーズ「Ｃ−６００」
φ１５μｍ：ウレタンビーズ「Ｃ−４００」
φ２２μｍ：ウレタンビーズ「Ｃ−３００」
φ３０μｍ：ウレタンビーズ「Ｃ−２００」
【００４３】
＜希釈溶剤＞
コーティング液に含まれる希釈溶剤としては、特に限定されないが、水系、又は、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、メタノール、エタノール、ブタノール、２−プロパノール（ＩＰＡ）、アセトン、トルエン、キシレン、ヘキサン、ヘプタン、クロロホルム等の溶剤系等が挙げられる。
【００４４】
以上、実施形態として帯電ロールを説明したが、本発明に係る導電性ロールは、特に電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置の帯電ロールの他、現像ロール、転写ロール、除電ロール、トナー供給ロール等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１：感光体
４：帯電部
４０：帯電ロール
４０１：芯材
４０２：ゴム基材
４０３：表層
４０４：導電性マトリックス
４０５：大粒子
４０６：小粒子
５０：ニップ
５１：ギャップ領域
５２：ギャップ領域
【図１】
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【図２】
2019219498.tif 000004
【図３】
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【図４】
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