(57)【要約】【課題】高分子電解質による感光体ドラムの汚染を防止して印刷品位を良好にする導電性部材を提供する。【解決手段】転写ローラの弾性層に含まれる高分子電解質のメタノール可溶分量（導電性ローラをメタノールに漬けたときに溶け出す高分子電解質の量）を２．０％以下にする。高分子電解質のメタノール可溶分量を２．０％以下にする方法としては、発泡、加硫、研磨工程が終了した後、２３０℃で３０分以上高温を与える方法、または加硫工程において２００℃で１０時間以上高温を与える方法がある。さらに加硫工程において２２０℃以上で６時間以上高温を与えることにより、メタノール可溶分量を２．０％以下にすることができる。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体に接触して移動する導電性部材であって、
前記導電性部材はシリコンを母材とし、エーテル系高分子電解質が添加されて形成され、
前記導電性部材に含まれる高分子電解質のメタノール可溶分量を２．０％以下にしたことを特徴とする導電性部材。
【請求項２】
発泡、加硫、研磨工程が終了した後、２３０℃で３０分以上高温を与えることにより、前記メタノール可溶分量を２．０％以下にした請求項１記載の導電性部材。
【請求項３】
加硫工程において２００℃で１０時間以上高温を与えることにより、前記メタノール可溶分量を２．０％以下にした請求項１記載の導電性部材。
【請求項４】
加硫工程において２１０℃以上で６時間以上高温を与えることにより、前記メタノール可溶分量を１．８％以下にした請求項１記載の導電性部材。
【請求項５】
加硫工程において２３０℃以上で６時間以上高温を与えることにより、前記メタノール可溶分量を１．４％以下にした請求項１記載の導電性部材。
【請求項６】
金属軸の外周に発泡させた弾性層を有し、感光体ドラムと接触し、記録媒体を帯電分極させることによりトナーを記録媒体上に転写させる導電性部材であって、弾性層はシリコン母材からなり、エーテル系高分子電解質が添加されている導電性部材の製造方法において、
発泡、加硫、研磨工程が終了した後、２３０℃で３０分以上高温を与えることにより、メタノール可溶分量を２．０％以下にしたことを特徴とする導電性部材の製造方法。
【請求項７】
金属軸の外周に発泡させた弾性層を有し、感光体ドラムと接触し、記録媒体を帯電分極させることによりトナーを記録媒体上に転写させる導電性部材であって、弾性層はシリコン母材からなり、エーテル系高分子電解質が添加されている導電性部材の製造方法において、
加硫工程において２００℃で１０時間以上高温を与えることにより、メタノール可溶分量を２．０％以下にしたことを特徴とする導電性部材の製造方法。
【請求項８】
金属軸の外周に発泡させた弾性層を有し、感光体ドラムと接触し、記録媒体を帯電分極させることによりトナーを記録媒体上に転写させる導電性部材であって、弾性層はシリコン母材からなり、エーテル系高分子電解質が添加されている導電性部材の製造方法において、
加硫工程において２１０℃以上で６時間高温を与えることにより、メタノール可溶分量を２．０％以下にしたことを特徴とする導電性部材の製造方法。
【請求項９】
像担持体に接触して移動する導電性部材を有する画像形成装置において、
前記導電性部材はシリコンを母材とし、エーテル系高分子電解質が添加されて形成され、
前記導電性部材に含まれる高分子電解質のメタノール可溶分量を２．０％以下にしたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
前記導電性部材は記録媒体を帯電分極させることによりトナーを記録媒体上に転写させる転写部材である請求項９記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記導電性部材は像担持体からトナー画像が転写される転写ベルトである請求項９記載の画像形成装置。
【請求項１２】
前記導電性部材は像担持体を帯電する帯電部材である請求項９記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真プリンタ等に使用される転写ローラ等の導電性ローラ及びその製造方法並びに導電性ローラを用いた画像記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真プリンタにおいては、感光体ドラム上にトナーを付着させ、感光体ドラムと転写ローラの間を搬送する印刷媒体にトナーを転写させている。印刷媒体が搬送されるとき、感光体ドラムと転写ローラとの間には数百Ｖ乃至数千Ｖの電位差が与えられる。トナーは負に帯電しているので、感光体ドラムに対して転写ローラが高電位となるように電位差が与えられ、図４に示すように、印刷媒体１の印刷面（図における上面）側が正になるような誘電分極を生じさせる。トナー２の極性に対して逆極性に誘電分極した印刷媒体１の印字面側に感光体ドラム３が接触するときに、負に帯電しているトナー２が静電気力により印刷媒体１上に移動し、転写が行われる。
【０００３】
転写ローラは、金属製の軸とその外周に設けられた弾性層から構成される。転写ローラの抵抗値は、金属軸と弾性層の表面との間で、１×１０７〜１×１０９（Ω）が理想的であり、この抵抗値は図５に示す方法で測定され、１ＫＶの印加電圧と発生電流から算出される。図５において、転写ローラ４には金属製のローラ５が接触して回転した状態で１ＫＶの電圧が印加され、このとき流れる電流を測定することにより抵抗値が測定される。
【０００４】
一般に、半導電性や導電性を有する機能性ローラは、カーボンブラック、電解質、加硫促進剤、発泡剤等を混入して十分に混練したシリコンゴムを金属軸の外周に付け、高温の熱処理を施す。熱処理によりシリコンゴムは発泡と架橋が起こり、転写ローラは製品硬度がアスカーＣ３０°程度の弾性層をもつ発泡体となる。熱処理が終了した後に、所定の外径になるように弾性発泡部分の研磨を行う。
【０００５】
従来、シリコン発泡層形成の熱処理には、１次加硫、２次加硫の２回の高温処理を行っている。１次加硫は２次加硫に較べて高温で短時間の処理であり、発泡と架橋を行うことを目的としている。２次加硫はシリコンの熱劣化を考慮して、温度の上限を２００℃とし、加硫時間は６時間としている。２次加硫では、長時間の一定温度処理をして、シリコンの架橋を不足なく均一に進行させることを目的としている。
【０００６】
イオン導電としてよく知られる転写ローラには、母材にウレタンを使用しているものがある。これに対してシリコンは温度および湿度の変化に対して安定しており、イオン導電シリコン転写ローラは、イオン導電ウレタン転写ローラに較べて、使用環境での電気伝導度の変動が少なく、また経時使用時の抵抗上昇率が少ないことにより、電源電圧を比較的小さくできることが長所として挙げられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
電子写真プリンタにおいて、転写ローラは感光体ドラムに常時接触した状態にある。両者が接触した状態で、高温高湿環境下に長時間放置した場合、感光体ドラム側接触部には、転写ローラに含まれる電解質が原因で或る化学反応が起き、これが印刷品位に影響を与える。即ち、印刷画像上に感光体ドラムピッチで筋が発生する。
【０００８】
例えば転写ローラを海外へ船で輸送する場合、装置の使用環境として考慮しているさまざまな試験環境のレベルを超えた劣悪な環境下に置かれ、温度および湿度がそれぞれ５０℃、９０％程度の環境に置かれることが充分あり得る。このような極度に高温高湿の状態においては、転写ローラのシリコン発泡体中に水分子を多く含むので、極性を持つ高分子電解質は水分子に囲まれてシリコン中での自由度が大きくなる。また高温状態であることにより、各分子の運動エネルギーが増加し、分子の動き易さを促進する。
【０００９】
この結果、シリコンよりも水と親和してしまった高分子電解質は、シリコンになじむことなく、転写ローラに接触する物体（例えば感光体ドラム）にべっとり付着する。感光体ドラムに付着した高分子電解質は、電子写真プロセスのうちの露光プロセスにおいて露光を遮るので、感光体ドラム上の画像領域における表面電位の差が小さくなり、現像プロセスにおいてこの画像領域にトナーが付着し難くなる。その結果、印刷の仕上がりにおいて充分にトナーが付着していないカスレが発生する。高分子電解質による感光体ドラムの汚染は、数枚の印刷で消える場合もあるが、酷い場合には感光層内部にまで浸透して、電荷移動量や電荷発生量の機能を損なう場合もある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、像担持体に接触して移動する導電性部材であって、前記導電性部材はシリコンを母材とし、エーテル系高分子電解質が添加されて形成され、前記導電性部材に含まれる高分子電解質のメタノール可溶分量を２．０％以下にしたことを特徴とするものである。
【００１１】
高分子電解質のメタノール可溶分量を２．０％以下にする方法としては、発泡、加硫、研磨工程が終了した後、２３０℃で３０分以上高温を与える方法、または加硫工程において２００℃で１０時間以上高温を与える方法がある。さらに加硫工程において２２０℃以上で６時間以上高温を与えることにより、メタノール可溶分量を２．０％以下にすることができる。
【００１２】
高分子電解質のメタノール可溶分量を２．０％以下にすることにより、．転写ローラの場合、感光体ドラムを汚染することを防止でき、印刷カスレを防止できる効果がある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面にしたがって説明する。以下に説明する実施の形態では、像担持体に接触する導電性部材として電子写真方式の画像形成装置における転写ローラを例にして説明する。
【００１４】
図１は本発明の第１の実施の形態における画像形成装置を示す概略構成図である。図１において、画像形成装置１０には、感光体ドラム１１の周囲に、帯電ローラ１２、ＬＥＤヘッド１３、現像部１４、転写ローラ１５およびクリーニングローラ１６がそれぞれ配置されている。現像部１４は現像ローラ１７とトナー供給ローラ１８から構成され、現像ローラ１７にはトナーを薄層化するための現像ブレード１９が圧接している。転写ローラ１５は印刷を行っていないときは感光体ドラム１１に接触しており、印刷媒体１が搬送されてくると感光体ドラム１１とで印刷媒体１を挟持してこれを搬送する。転写ローラ１５には電源２０により所定の電圧が印加されている。印刷媒体１の搬送方向下流側には定着部２１が設けられている。
【００１５】
画像形成装置１０の動作を説明すると、帯電ローラ１２は回転している感光体ドラム１１の表面を一様に帯電する。帯電された感光体ドラム１１表面に対して、ＬＥＤヘッド１３により印刷データに基づいて露光を行う。次に現像ローラ１７により、露光された部分にトナーを付着させる。以上の動作に同期して、印刷媒体１が図中右側から搬送され、感光体ドラム１１と転写ローラ１５の間に入り込む。感光体ドラム１１表面に付着しているトナー２は、転写ローラ１５により印刷媒体１側へ転写される。トナー２が転写された印刷媒体１は、定着部２１へ送られ、ここで熱と圧力によりトナー２が定着され、一連の電子写真プロセスを終了する。
【００１６】
転写ローラ１５は、図２に示すように、金属製の軸２２とその周囲に設けられた弾性層２３とから構成される。弾性層２３は、シリコンを母材とした発泡体である。シリコンに、リチウムを含むエーテル系高分子電解質を、狙った抵抗値になるように、４乃至８重量％添加して、主にイオンを電荷輸送担体とした半導電性の転写ローラを実現している。
【００１７】
転写ローラ１５の製造方法はまず、カーボンブラック、電解質、加硫促進剤、発泡剤等を混入して十分に混練したシリコンゴムを金属軸２２の外周に付け、１次加硫と２次加硫の２回の高温の熱処理を施す。２次加硫は、２００℃で６時間の熱処理を行う。熱処理によりシリコンゴムは発泡と架橋が起こり、転写ローラは製品硬度がアスカーＣ３０°程度の弾性層をもつ発泡体となる。熱処理が終了した後に、所定の外径になるように弾性発泡部分の研磨を行う。
【００１８】
本実施の形態では、この後転写ローラ１５に対して追加熱処理を施す。この追加熱処理は、２３０℃で６０分以上転写ローラ１５を過熱するというものである。この追加熱処理を施すことにより、転写ローラ１５の抵抗値は次表の通り変化した。なお出願人は比較のために２３０℃で３０分間追加熱処理した場合の転写ローラ１５の抵抗値も調べた。なお抵抗値の測定方法は、図５に示す方法に従った。
【００１９】
【表１】
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表１において、転写ローラ１５を長く熱処理すると抵抗値も上昇している。電気抵抗値の上昇は、電気伝導度の低下を意味している。転写ローラ１５内部において、電気伝導を実現する電解質がエーテル系高分子中に、もしくはエーテル系高分子がシリコン中に結合する割合が増加して、運動の自由度が低下し、シリコン中により安定的に存在しやすくなったことが主な要因と思われる。さらにシリコン高分子の骨格自体がより強固になったために、弾性層２３内に個体的な性格を持つ結合要素が増加したことが、イオンの伝導度を低下させている。
【００２０】
また上記の条件で追加熱処理を施した転写ローラ１５をメタノール液中に浸して転写ローラ１５から電解質がどの程度溶け出るか、所謂メタノール可溶分量を調べた。その結果、表２のような結果が得られた。なお調査では比較のために従来の追加熱処理を行わない転写ローラについても調べた。
【００２１】
【表２】
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表２において、メタノール可溶分量の数値は、転写ローラをメタノール中に入れる前と後における転写ローラの重量の差を入れる前の重量で除算したものである。
【００２２】
また出願人は、８０℃、９０％の高温、高湿の環境を用意し、この環境下に一定時間、転写ローラを装着した画像形成装置を放置したときに、転写ローラから高分子電解質が滲み出して感光体ドラムを汚染するレベルを印刷結果によって調べた。印刷パターンは通常の文書と、グレースケールパターンを使用した。
【００２３】
装置が印刷を開始するときに、接触状態にある転写ローラ１５と感光体ドラム１２は、予備動作としてエージング回転を行う。このとき、電解質が転写ローラの表面に滲み出している場合は、この電解質が感光体ドラム上に付着する。高分子電解質が感光体ドラム上に付着すると、その付着部分は露光が良好に行われず、印刷のカスレが発生する。
【００２４】
上記の環境下で、追加熱処理を２３０℃で３０分と２３０℃で６０分施した転写ローラについて印刷品位の比較を行った。その結果は次に表３のとおりである。
【００２５】
【表３】
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表３において、印刷カスレレベルの△（三角）は、通常の文書におけるようにキャラクタ印刷等の詳細な再現が必要ない印刷に関しては、印刷品位に満足が得られる程度であることを示し、印刷カスレレベルの○（丸）は、カスレ印刷の評価に差が見え易いグレースケール印刷でも印刷品位に満足が得られる程度であることを示す。表３に示すように、２３０℃で３０分追加熱処理を行なった場合は、通常の文書の印刷に関しては満足が得られ、２３０℃で６０分追加熱処理を行えば、グレースケール印刷でも充分な満足が得られる結果が出た。
【００２６】
上記の結果から、追加熱処理を２３０℃で６０分行うことにより、高分子電解質のシリコンとの結合が強固になり、感光体ドラム汚染対策として効果が得られた。追加熱処理時間をさらに長くすることにより、より良好な結果が得られるものと思われる。
【００２７】
本実施の形態では、転写ローラ１５を研磨処理した後に、追加熱処理を行っているので、抵抗値が規格より低めに成形されてしまって規格品からはじき出された転写ローラに対して、本実施の形態における追加熱処理を施すことにより、抵抗値を上げることができるので、規格外の転写ローラを規格内に入れることが可能になる。これにより転写ローラの製造上の歩留まりを向上させることができる効果がある。
【００２８】
次に第２の実施の形態を説明する。転写ローラの電気的特性としては、電気伝導度が転写ローラ１５の弾性層２３の特定の箇所に偏らないで、弾性層２３の全体にわたって均一であることが要求される。転写ローラの抵抗値が均一であるかどうかの測定は、例えば図３に示すように、２ｍｍ幅の回転可能な金属端子２４を転写ローラ１５の表面に当てて、印加電圧と発生電流から算出される電気抵抗値を測定する方法がある。
【００２９】
図３において、転写ローラ１５の長手方向の或る位置で転写ローラ１５を回転させ、周方向の抵抗値を測定する。その後、金属端子２４を転写ローラ１５の長手方向に所定距離移動して、再び周方向の抵抗値を測定する。このように転写ローラ１５の全長に亘って周方向の抵抗値を測定し、その結果得られる抵抗値のうちで最大値と最小値を選び出し、最大値を最小値で除算した値をバラツキと定義している。
【００３０】
上記の第１の実施の形態における転写ローラ１５について、上記の方法で抵抗値のバラツキを調べた。その結果は次の表４の通りである。なお追加熱処理を２３０℃で３０分施した場合も比較のために調べた。
【００３１】
【表４】
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表４の結果によると、追加熱処理時間を長くすると、抵抗値のバラツキも大きくなっている。第２の実施の形態はこの点に鑑みてなされたもので、感光体ドラムの汚染を防止すると共に、電気抵抗値のバラツキの少ない導電性ローラを提供するものである。
【００３２】
第２の実施の形態では、シリコンを母材とするイオン導電性の転写ローラを成形する工程における２次加硫で、温度の上限を２００℃とし、加硫時間を１０時間以上として転写ローラを成形するようにしたものである。２次加硫の工程を終了した後、外径を研磨して所定の寸法に仕上げる。
【００３３】
２次加硫を２００℃で従来のように６時間行ったものと、２００℃で１０時間行ったものとについて、抵抗値の違いが次表５のように現れた。即ち、同じ温度で１０時間行なった場合のほうが抵抗値が大きくなっている。
【００３４】
【表５】
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前記第１の実施の形態と同様に、出願人は、８０℃、９０％の高温、高湿の環境を用意し、この環境下に一定時間、転写ローラを装着した画像形成装置を放置したときに、転写ローラから高分子電解質が滲み出して感光体ドラムを汚染するレベルを印刷結果によって調べた。印刷パターンは通常の文書と、グレースケールパターンを使用した。
【００３５】
装置が印刷を開始するときに、接触状態にある転写ローラと感光体ドラムは、予備動作としてエージング回転を行う。このとき、電解質が転写ローラの表面に滲み出している場合は、この電解質が感光体ドラム上に付着する。高分子電解質が感光体ドラム上に付着すると、その付着部分は露光が良好に行われず、印刷のカスレが発生する。
【００３６】
上記の環境下で、２次加硫時間が従来の６時間の転写ローラと本実施の形態の１０時間の転写ローラについて印刷品位の比較を行った。その結果は次に示す表６のとおりである。
【００３７】
【表６】
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表６に見られるように、２次加硫時間を１０時間にしたときに、キャラクタ印刷等の詳細な再現が必要ない印刷については、印刷品位に満足できる程度の効果が得られる。
【００３８】
また２次加硫時間が従来の６時間の転写ローラと本実施の形態の１０時間の転写ローラにおいて、それぞれの弾性層について、メタノール抽出により可溶分量の比較を行った。その結果は次に示す表７の通りである。
【００３９】
【表７】
2004037597.tif 000009
表７に示すように、２次加硫時間を１０時間に延長することにより、シリコンと高分子電解質との結合が強固になり、感光体ドラムの汚染対策として効果が現れた。２次加硫時間を１０時間よりもさらに長くすることにより、より良好な効果が期待できる。
【００４０】
次に第３の実施の形態を説明する。上記第２の実施の形態では、２次加硫時間を長くすることでシリコンと高分子電解質との結合が強固になり、感光体ドラム汚染対策の面で効果があるが、２次加硫時間を１０時間以上必要となり、転写ローラの成形時間が長くなり、作業効率が悪い。そのため製造コストアップにつながる。第３の実施の形態はこの点に鑑みて成されたもので、２次加硫時間の温度を高くして転写ローラを成形するようにしたものである。
【００４１】
第３の実施の形態では、シリコンを母材とするイオン導電性の転写ローラを成形する工程における２次加硫で、温度を２３０℃とし、加硫時間を６時間として転写ローラを成形するようにしたものである。２次加硫の工程を終了した後、外径を研磨して所定の寸法に仕上げる。
【００４２】
２次加硫を従来のように２００℃で６時間行ったものと、２３０℃で６時間行ったものとについて、抵抗値の違いが次表８のように現れた。即ち、同じ時間で２３０℃で行なった場合のほうが抵抗値が大きくなっている。
【００４３】
【表８】
2004037597.tif 000010
また第１の実施の形態と同様に、出願人は、８０℃、９０％の高温、高湿の環境を用意し、この環境下に一定時間、転写ローラを装着した画像形成装置を放置したときに、転写ローラから高分子電解質が滲み出して感光体ドラムを汚染するレベルを印刷結果によって調べた。印刷パターンは通常の文書と、グレースケールパターンを使用した。
【００４４】
上記の環境下で、２次加硫温度が従来の２００℃の転写ローラと本実施の形態の２３０℃の転写ローラについて印刷品位の比較を行った。その結果は次に示す表９のとおりである。
【００４５】
【表９】
2004037597.tif 000011
表９に見られるように、２次加硫温度を２３０℃にしたときに、キャラクタ印刷、グレースケール印刷ともに印刷品位に満足できる程度の効果が得られる。
【００４６】
また２次加硫温度が従来の２００℃の転写ローラと、２１０℃、２２０℃、２３０℃のそれぞれの転写ローラにおいて、それぞれの弾性層について、メタノール抽出により可溶分量の比較を行った。なお２次加硫時間はそれぞれ６時間である。その結果は次に示す表１０の通りである。
【００４７】
【表１０】
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表１０に示すように、２次加硫温度を２１０℃以上にすることにより、メタノール可溶分量が２．０パーセントになり、キャラクタ印刷等の詳細な再現が必要ない印刷については、印刷品位に満足できる程度の効果が得られる。また２次加硫時間を２３０℃以上にすることにより、キャラクタ印刷、グレースケール印刷ともに印刷品位に満足できる程度の効果が得られる。
【００４８】
第３の実施の形態においては、２次加硫時間を従来と同じ時間にできるので、作業時間が長くなることはなく、製造コストアップにならずに印刷カスレの問題を解消できる。
【００４９】
上記の各実施の形態から、キャラクタ印刷において満足できる印刷品位が得られるのは、メタノール可溶分量が２．０％以下の場合であるといえる。またメタノール可溶分量が１．４％以下であれば、グレースケール印刷においても満足の行く印刷品位が得られる。
【００５０】
上記各実施の形態のおいては、導電性ローラとして画像形成装置における転写ローラを例にして説明したが、本発明は転写ローラに限らず、像担持体である感光体ドラムに接触する他の導電性ローラ、例えば、帯電ローラ等にも適用可能である。またローラ状の導電性部材に限らず、感光体ドラムに接触して感光体ドラムからトナーが転写される転写ベルトなどにも適用可能である。
【００５１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、導電性部材の弾性層に含まれる高分子電解質のメタノール可溶分量を２．０％以下にしたので、感光体ドラム汚染を防止でき、良好な印刷品位にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における画像形成装置を示す概略構成図である。
【図２】第１の実施の形態の転写ローラを示す正面図である。
【図３】抵抗値の測定方法を示す説明図である。
【図４】トナーの転写を示す説明図である。
【図５】抵抗値の測定方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１　印刷媒体
２　トナー
１０　画像形成装置
１１　感光体ドラム
１５　転写ローラ
２３　弾性層
【図１】
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【図２】
2004037597.tif 000014
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004037597.tif 000017