(57)【要約】【課題】電気抵抗値の環境安定性に優れた近接帯電方式用の帯電部材及びそれを有する画像形成装置を提供する。【解決手段】導電性支持体２０１上に形成される抵抗調整層２０２として、高分子型イオン導電剤を分散した熱可塑性樹脂を用い、抵抗調整層２０２の外周面から両端部側面までを保護層２０３で被覆する。保護層２０３は、導電性粒子が分散される樹脂組成物からなり、該樹脂組成物は、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂である。【選択図】　　　　図２
2004070172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性支持体と、導電性支持体上に形成される抵抗調整層と、抵抗調整層の表面を被覆する保護層とからなる帯電部材において、
前記抵抗調整層は、高分子型イオン導電剤が分散される熱可塑性樹脂組成物からなり、
前記保護層は、前記抵抗調整層の外周面から両端部側面までを被覆する
ことを特徴とする帯電部材。
【請求項２】
前記保護層は、導電性粒子が分散される樹脂組成物である
ことを特徴とする請求項１に記載の帯電部材。
【請求項３】
前記保護層を構成する樹脂組成物は、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の帯電部材。
【請求項４】
前記抵抗調整層に分散される高分子型イオン導電剤は、ポリエーテルエステルアミド成分を含有する高分子化合物である
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の帯電部材。
【請求項５】
少なくとも、帯電部材と、被帯電体とを備える画像形成装置において、
前記帯電部材は、請求項１ないし４のいずれかに記載の帯電部材であって、
被帯電体上に近接配置させて用いられる
ことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられ、感光体に対して帯電処理を行う帯電部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置では、像担持体である感光体の表面を帯電させて静電潜像を形成して画像形成を行う。感光体に対して帯電処理を行う帯電部材としては、コロナ帯電方式に比べて低オゾン・低電力の帯電ローラを用いた帯電方式が一般的に用いられていた。
帯電ローラを用いた帯電方式としては、感光体にローラを接触させる接触帯電方式が一般に用いられていた。
しかし、接触帯電方式は、以下の問題があった。１つには、帯電ローラを構成している物質が帯電ローラから染み出し、被帯電体の表面に付着移行するために、被帯電体に帯電ローラ跡がつくことである。また、帯電ローラに交流電圧を印加したときに被帯電体に接触している帯電ローラが振動するために、帯電音が起きることである。さらに、特に上述の染み出しによって、よりトナー付着がおこりやすくなり、感光体上のトナーが帯電ローラに付着し、帯電性能が低下したり、帯電ローラ構成物質が感光体へ付着したりする。また、感光体を長期停止することにより、帯電ローラが永久変形してしまう。
【０００３】
このような問題を解決する方法として、特開平０３−２４００７６号公報等では、帯電ローラを接触させず、感光体に近接させる近接帯電方式に関する技術が提案されている。
近接帯電方式は、帯電ローラと感光体との最近接距離が０．００５〜０．３（ｍｍ）になるように対向させ、帯電ローラに電圧を印加することにより、感光体の帯電を行う帯電方式である。感光体と帯電ローラとの間の空隙を形成させるためには、帯電ローラ両端の非画像領域にスペーサ等の空隙保持部材を介在して近接させる。近接帯電方式では、帯電装置と感光体が接触していないために、接触帯電方式で問題となる、帯電ローラ物質の感光体への付着及び帯電ローラの永久変形は問題とはならない。また、感光体上のトナー付着による帯電ローラ性能の低下に関しても、帯電ローラに付着するトナーが少なくなるため、近接帯電方式の方が優れている。
【０００４】
近接帯電方式に使用される帯電ローラの要求特性は、接触帯電方式に使用される帯電ローラとは異なる。接触帯電方式で一般的に用いられてきた帯電ローラは、芯金の周囲に加硫ゴム等の弾性体が被覆された構成となっている。接触帯電方式では感光体を均一に帯電させるため、感光体に対して帯電ローラが均一に接触することが必要とされるからである。
近接帯電方式において、このような弾性体で形成された帯電ローラを使用した場合には、弾性体で形成された帯電ローラの場合、弾性体の変形により空隙を均一にすることが困難である。その結果、帯電電位変動やそれに起因する画像ムラが発生してしまう。また、弾性体を形成する加硫ゴム材料は、経時でのへたり、変形が生じやすく、そのため経時で空隙が変動してしまう。
上記不具合の解消のために、近接帯電方式の帯電ローラには、非弾性体である熱可塑性樹脂を用いられることが考えられる。これにより、感光体と帯電ローラとの間の空隙を均一にすることが可能である。
【０００５】
帯電ローラによる感光体表面への帯電メカニズムは、帯電ローラと感光体との間の微小放電におけるパッシェンの法則に従った放電であることが知られている。感光体を所定の帯電電位に保持する機能を得るためには、熱可塑性樹脂の抵抗値を半導電性領域（１０６〜１０９Ω・ｃｍ程度）に制御した抵抗調整層を帯電ローラに設けることが必要となる。
抵抗値を制御する方法として、熱可塑性樹脂中にカーボンブラック等の導電性顔料を分散させる方法が一般的である。しかし、導電性顔料を用いて抵抗調整層を半導電性領域に設定しようとすると、抵抗値のばらつきが大きく、部分的帯電不良等の画像欠陥が発生するなどの問題がある。
【０００６】
これに代わる方法として、熱可塑性樹脂中に高分子型イオン導電材料を分散する方法が考えられる。イオン導電材料はマトリックス樹脂中に分子レベルで分散するため、カーボンブラック等の導電性顔料を用いる方法と比べ、分散不良による抵抗値のばらつきが起こり難い。さらに高分子型のイオン導電性材料はマトリックス樹脂中に分散固定化されるので、低分子型を用いる場合と比較して表面へのブリードアウトが起こり難い。
さらに、抵抗調整層の外周面を平滑な保護層で被覆することにより、耐トナー付着性や帯電均一性を向上させることが一般的に行われる。
しかしながら、このようなイオン導電材料を用いた帯電ローラにおける課題として、抵抗調整層の電気抵抗値の環境依存性が大きく、帯電ローラの抵抗値が低温低湿時には上昇し、高温高湿時には低下してしまう不具合がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記不具合に鑑みてなされたもので、その課題とすることは、電気抵抗値の環境依存性が小さい近接帯電方式用の帯電部材及びそれを有する画像形成装置を提供しようというものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の本発明は、導電性支持体と、導電性支持体上に形成される抵抗調整層と、抵抗調整層の表面を被覆する保護層とからなる帯電部材において、前記抵抗調整層は、高分子型イオン導電剤が分散される熱可塑性樹脂組成物からなり、前記保護層は、前記抵抗調整層の外周面から両端部側面までを被覆することを特徴とする帯電部材である。
請求項２に記載の本発明は、前記保護層は、導電性粒子が分散される樹脂組成物であることを特徴とする請求項１に記載の帯電部材である。
請求項３に記載の本発明は、前記保護層を構成する樹脂組成物は、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載の帯電部材である。
請求項４に記載の本発明は、前記抵抗調整層に分散される高分子型イオン導電剤は、ポリエーテルエステルアミド成分を含有する高分子化合物であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の帯電部材である。
請求項５に記載の本発明は、少なくとも、帯電部材と、被帯電体とを備える画像形成装置において、前記帯電部材は、請求項１ないし４のいずれかに記載の帯電部材であって、被帯電体上に近接配置させて用いられることを特徴とする画像形成装置である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明を説明する。
図１は電子写真方式の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
１０１は静電潜像が形成される感光体、１０２は感光体１０１に接触あるいは近接配置されて帯電処理を行う帯電ローラ、１０３はレーザー光あるいは原稿の反射光等の露光、１０４は感光体１０１の静電潜像にトナーを付着させる現像ローラ、１０５は帯電ローラ１０２に電圧を印加するためのパワーパック、１０６は感光体１０１上のトナー像を記録紙１０７に転写処理する転写ローラ、１０７は給紙部から搬送されてきた記録紙、１０８は転写処理後の感光体１０１をクリーニングするためのクリーニング装置、１０９は感光体１０１の表面電位を測定する表面電位計である。なお、図１では、他の電子写真プロセスにおいて通常必要な機能ユニットは、本件では必要としないので省略してある。
【００１０】
画像形成装置では次のような手段で、画像の形成を行う。
１．帯電ローラ１０２が、感光体１０１の表面を所望の電位に帯電する。
２．不図示の露光装置が、感光体１０１に露光１０３を投射して、所望の画像に対応する静電潜像を、感光体１０１上に形成する。
３．現像ローラ１０４が、静電潜像をトナーによって現像し、感光体１０１上にトナー像（顕像）を形成する。
４．転写ローラ１０６が、感光体１０１上のトナー像を、記録紙１０７に転写する。
５．クリーニング装置１０８が、転写されず感光体１０１上に残留したトナーを清掃する。
６．転写ローラ１０６によって、トナー像を転写された記録紙１０７は、不図示の定着装置へと搬送される。定着装置は、トナーを加熱及び加圧して記録紙１０７上に定着する。
上記の１から６の手順を繰り返すことによって、記録紙１０７上に所望の画像が形成されていく。
なお、フルカラー画像形成装置の場合は、記録紙１０７に直接転写せずに、中間転写体を介して転写しても良い。
【００１１】
図２は本発明における帯電ローラ１０２の構成を示す断面図である。図２では省略して帯電ローラの長手方向一端部のみ示す。
本発明に係わる帯電ローラは、導電性支持体２０１の周囲に抵抗調整層２０２と、抵抗調整層の表面を被覆する保護層２０３が形成されており、保護層２０３が抵抗調整層２０２の外周面から両端部側面までを被覆している。
導電性支持体２０１は、金属、または絶縁材料に金属コーティングや導電性塗料塗布を施したもの等を用いることができる。
抵抗調整層２０２は、高分子型イオン導電材料が分散された熱可塑性樹脂組成物により構成されている。
【００１２】
抵抗調整層２０２に用いられる熱可塑性樹脂は特に限定されるものではないが、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）およびその共重合体（ＡＳ、ＡＢＳ）等の汎用樹脂であれば、成型加工が容易であり好ましい。帯電ローラ１０２の環境依存性低減のためには、樹脂組成物の含水率の変動を抑制することが有効であり、含有水分を抑える樹脂が好ましい。
熱可塑性樹脂に分散させる高分子型イオン導電材料としては、ポリエーテルエステルアミド成分を含有する高分子化合物が好ましい。ポリエーテルエステルアミドはイオン導電性の高分子材料であり、マトリックスポリマー中に分子レベルで均一に分散、固定化され、抵抗値のばらつきが生じない。また高分子材料であるため、ブリードアウトが生じ難い。
熱可塑性樹脂と高分子型イオン導電材料との配合量については、抵抗調整層２０２の体積固有抵抗を調整する必要があるので、熱可塑性樹脂が３０〜７０重量％、高分子型イオン導電材が７０〜３０重量％とした配合比がよい。
抵抗調整層２０２の体積固有抵抗は、半導電性領域である１０６〜１０９Ω・ｃｍにする必要がある。１０９Ω・ｃｍを越えると帯電量の不足により、均一画像を得る為の十分な帯電電位を得ることができなくなる。１０６Ω・ｃｍよりも体積固有抵抗が低いと、感光体１０１全体への電圧集中（リーク）、異常放電が生じてしまう。
【００１３】
抵抗調整層２０２を構成する樹脂組成物の製造方法に関しては、特に制限はなく、各材料の混合物を二軸混練機、ニーダー等で溶融混練することによって、容易に製造できる。
抵抗調整層２０２の導電性支持体２０１上への形成としては、押出成形や射出成形等の手段で導電性支持体２０１に上記半導電性樹脂組成物を被覆することによって、簡便に行うことができる。また、任意の段階で、表面を切削、研削加工をして、必要とされる表面精度を得ることができる。
【００１４】
保護層２０３は、抵抗調整層２０２の外周面から両端部側面までを被覆している。上述したように、帯電ローラ１０２の環境依存性低減のためには、樹脂組成物の含水率の変動を抑制することが有効であり、本構成によりこれを実現することができる。
保護層２０３を構成する材料としては、耐透湿性に優れる材料を選定し、気中の水蒸気量等の環境特性が変化しても、抵抗調整層２０２を形成する樹脂組成物の含有水分量の変動を抑制するようにする。ここで、図３に示す抵抗調整層２０２の両端部側面が被覆されていない従来の帯電ローラ構成では、この部位における水蒸気の移動により、樹脂組成物の含有水分量の変動が大きくなってしまう。
保護層を構成する具体的な材料としては、製膜性が良好であるという点で熱可塑性樹脂組成物が好適であり、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂等が、耐透湿性に優れる上、非粘着性にも優れるので好ましい。これらは単独あるいは２種類以上組み合わせて用いることができる。
また、前記樹脂材料は電気的に絶縁性であるため、単体で保護層２０３を形成すると、帯電ローラとしての特性が得られない。そこで、前記樹脂材料に対し、カーボンブラック等の公知の各種導電性粒子を分散することによって保護層２０３の抵抗を調整する。また、保護層２０３と抵抗調整層２０２との接着性を向上させるため、樹脂材料にイソシアネート等の反応性硬化剤を分散させても良い。
【００１５】
保護層２０３の抵抗値は、抵抗調整層２０２のそれよりも大きくなるように形成され、それによって感光体１０１欠陥部への電圧集中、異常放電（リーク）を回避することができる。ただし、保護層２０３の抵抗値を高くしすぎると帯電効率が低下するため、保護層２０３と抵抗調整層２０２との抵抗値の差が、１０３Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。
保護層２０３の抵抗調整層２０２上への形成は、上記保護層構成材料を有機溶媒に分散して塗料を作製し、スプレー塗装、ディッピング等によってコーティングすることによって行う。膜厚については、厚すぎると帯電効率が低下し、薄すぎると環境依存性が悪化するため、１０〜３０μｍ程度が望ましい。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
（実施例）
導電性支持体としてステンレスからなる芯軸（φ８ｍｍ）に、抵抗調整層としてＡＢＳ樹脂（ＧＲ−１５００、電気化学工業製）５０重量％、ポリエーテルエステルアミド（ＩＲＧＡＳＴＡＴ　Ｐ１８、チバスペシャリティケミカルズ社製）５０重量％からなる樹脂組成物を、射出成形により被覆した。次いでこの表面に、フッ素樹脂（ゼッフルＧＫ−５１０、ダイキン社製）、イソシアネート系硬化剤、及び酸化スズ（全固形分に対して６０重量％）からなる混合物により膜厚約１０μｍの保護層を図２のように形成し、帯電ローラ（φ１２ｍｍ）を得た。
【００１７】
（比較例）
実施例と同様に形成した抵抗調整層の表面に、フッ素樹脂（ゼッフルＧＫ−５１０、ダイキン社製）、イソシアネート系硬化剤、及び酸化スズ（全固形分に対して６０重量％）からなる混合物により膜厚約１０μｍの保護層を図３のように形成し、帯電ローラ（φ１２ｍｍ）を得た。
【００１８】
（試験１）
以上の帯電ローラについて、抵抗調整層を形成する樹脂組成物の含水率をカール−フィッシャー式含水率計で測定した。評価環境は１０℃１５％ＲＨ、２３℃５０％ＲＨ及び３０℃９０％ＲＨとした。
評価結果を図４のグラフに示す。
図４からわかるように、各環境下における含水率の変動が、実施例のほうが明らかに小さいことがわかった。
【００１９】
（試験２）
次に、１００Ｖの電圧を印加した時の、帯電ローラの体積抵抗率を測定した。評価環境は１０℃１５％ＲＨ、２３℃５０％ＲＨ及び３０℃９０％ＲＨとした。
評価結果を図５のグラフに示す。
図５からわかるように、実施例の体積抵抗率は帯電ローラに必要な半導電性領域（１０６　〜１０９Ω．ｃｍ）を維持しているのに対し、比較例は体積抵抗率の環境依存性が大きく、適正範囲を超えてしまった。
【００２０】
（試験３）
図１に示した画像形成装置を使用して、感光体の帯電電位測定および画像評価を行った。この際、帯電ローラの両端部に空隙規制部材としてスペーサテープを貼りつけ、帯電ローラ−感光体間の空隙を５０μｍとなるように配置した。また、帯電ローラに印加する電圧はＤＣ＝−８００Ｖ、ＡＣ＝２４００Ｖｐｐ（周波数＝２ｋＨｚ）とした。また、感光体欠陥部への電圧集中、異常放電（リーク）によって生じる異常画像の有無をあわせて評価した。評価環境は１０℃１５％ＲＨ、２３℃５０％ＲＨ及び３０℃９０％ＲＨである。
以上の評価結果を表１に示す。
【表１】
2004070172.tif 000003
表１からわかるように、実施例の帯電ローラは各環境下で良好な結果が得られたが、比較例は環境依存性が大きく、低温低湿時、高温高湿時に画像上の不具合が見られた。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の本発明によれば、抵抗調整層の外周面から両端部側面までを保護層で被覆することで、抵抗調整層を形成する樹脂組成物の含有水分の環境依存性が抑制され、環境安定性に優れた帯電部材を得ることができる。
また、請求項２に記載の本発明によれば、保護層として、導電性粒子を分散した樹脂組成物を用いることで、保護層の電気特性を容易に調整可能な帯電部材を得ることができる。
さらに、請求項３に記載の本発明によれば、保護層を構成する樹脂組成物として、耐透湿性、非粘着性に優れる樹脂を用いることで、トナー固着を防止し、環境依存性を抑制した帯電部材をを得ることができる。
さらに、請求項４に記載の本発明によれば、抵抗調整層に分散させる高分子型イオン導電材料としてポリエーテルエステルアミド成分を含有する高分子化合物を用いることで、抵抗調整層の電気特性を用意に調整可能な帯電部材を得ることができる。
さらに、請求項５記載の本発明によれば、上記帯電部材を用いることで、優れた画像品質を得ることが可能な近接帯電方式の画像形成装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】帯電ローラの長手方向端部を示す断面図である。
【図３】従来の帯電ローラの断面図である。
【図４】実施例における試験１の評価結果を示すグラフであり、各環境下での抵抗調整層形成材料の含水率の変化を示すものである。
【図５】実施例における試験２の評価結果を示すグラフであり、各環境下での帯電ローラ体積抵抗率の変化を示すものである。
【符号の説明】
１０１　感光体
１０２　帯電ローラ
１０３　露光
１０４　現像ローラ
１０５　パワーパック
１０６　転写ローラ
１０７　記録紙
１０８　クリーニング装置
１０９　表面電位計
２０１　導電性支持体
２０２　抵抗調整層
２０３　保護層
【図１】
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【図２】
2004070172.tif 000005
【図３】
2004070172.tif 000006
【図４】
2004070172.tif 000007
【図５】
2004070172.tif 000008