(57)【要約】【課題】  導電性スポンジローラとして、導電性弾性体上にコスト高等の原因となる高抵抗の上層を設けなくとも帯電電流リークの発生を防止できて、帯電特性が安定していて、しかも製造容易で安価なものを提供することを目的とする。【解決手段】  導電性スポンジローラの表面抵抗と体積抵抗の比を「３≦ρｓ／ρｖ≦２０」の範囲に制御することにより低抵抗側では帯電電流リークの発生を防止できて、高抵抗側では黒点状のかぶり画像が発生しない帯電特性が安定している導電性スポンジローラを製造する事が出来るのである。本発明は電子写真装置に使用する導電性接触帯電ローラ、例えば注入帯電用接触帯電ローラのような導電性スポンジローラを簡便にかつ低いコストに、コントロールし易い抵抗範囲にて生産することができるものである。【選択図】  図１
2005141117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性スポンジローラが導電性支持体及び単一層からなる導電性弾性層で構成され、該導電性弾性層の体積抵抗をρｖとし、表面抵抗をρｓとした時に、「３≦ρｓ／ρｖ≦２０」である導電性スポンジローラ。
【請求項２】
前記導電性スポンジローラの表面が研磨により製造される請求項1に記載の導電性スポンジローラ。
【請求項３】
電荷注入層を有する電子写真画像形成装置において、帯電手段が請求項１乃至２のいずれかに記載の導電性スポンジローラである画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真プロセスを利用した画像形成装置に用いる帯電、転写、紙搬送、現像、クリーニング等に利用する導電性スポンジローラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より電子写真装置において、感光体表面を均一に帯電するための帯電装置や、感光体表面に形成した可転写のトナー像を、紙を主体とするシート状の転写材に静電的に転写するための転写装置としては、数多くのオゾンレス帯電やオゾンレス転写の方式が提案されている。それらは主に、被帯電体である感光体に導電性の帯電部材あるいは転写部材から直接電荷を供給する事により、放電電流を極力減少させ、結果として放電に際してオゾンの発生量を減少させるものである。このような導電性の部材としては、適度な導電性と感光体への均一な接触の確保、低硬度が要求されており導電性スポンジローラが多く用いられている。また近年、特開平６−３９２１号公報及び特開平１１−６５２３１号公報、特開２０００−８１７６５号公報等で公開されているように接触帯電部材から被帯電体へ電荷が直接注入されることで、被帯電体表面を帯電する機構が提案されている。中抵抗の接触帯電部材が被帯電体表面と接触して、放電現象を介さずに、つまり放電機構を基本的に用いないで、被帯電体表面に直接電荷注入を行なうものである。より具体的には、帯電ローラ、帯電ブラシ、帯電磁気ブラシ等の接触帯電部材に電圧を印加し、被帯電体（像担持体）表面にあるトラップ順位または電荷注入層の導電粒子等の電荷保持部材に電荷を注入して直接注入帯電を行なう機構である。接触帯電部材として導電性スポンジローラのような多孔状のローラに、接触帯電性を向上させるための導電性粒子をコートしたものを用いる場合には、接触帯電部材と被帯電体間の接触を極めて密にすることが可能であり、帯電性を高める上で有効である。しかしながら、導電性スポンジローラを用いた簡易な構成では被帯電体を充分に帯電させることは簡単ではなく、特開２００１−１８８４０４号公報で公開されているように導電性粒子の保持性つまりは電荷注入性の観点からスポンジローラは凹形状のセルを持つ微細な網目構造の表面を有することが重要である。また一方、接触帯電部材である導電性スポンジローラは電極として機能することが重要である。つまり、弾性を持たせて被帯電体との十分な接触状態を得ると同時に、移動する被帯電体を充電するに十分低い抵抗を有する必要がある。本出願人らの検討によれば被帯電体に対して十分な電荷注入が可能な導電性スポンジローラの抵抗値は１×１０７Ω以下であり、これ以上では、印可電圧と帯電電位の間に差が生じ始め帯電電位の収束性に問題が生じ、黒点状の画像異常、所謂「かぶり」が発生し、良好な画像が得られない。しかしながら、一方あまり抵抗値の低い導電性スポンジローラを実際に使用すると、被帯電体にピンホールなどの低耐圧欠陥部位が存在した場合に電圧のリーク発生し、周辺の帯電不良や、ピンホールの拡大、導電性スポンジローラの通電破壊が生じる。これを防止するためには導電性スポンジローラの抵抗値を１×１０５ Ω程度以上にする必要がある。また、抵抗値を上記範囲内に制御するためには本発明に係わる導電性スポンジローラは１×１０５Ω〜１×１０７Ωの抵抗値であることが好ましいが、このような狭い範囲で抵抗値を制御する事は環境変動も考慮すると難しい。そこで考えられる手法としては、被帯電体に対する電荷注入が可能な導電性スポ���ジローラの抵抗値を維持したまま、導電性スポンジローラの表面に更に高抵抗の上層を設けることにより帯電電圧のリークを防止する二層構成とする方法がある。つまりこれは高抵抗な層が表面に薄く構成されているので核導電性スポンジローラとしての抵抗値が被帯電体を帯電させるのに必要な抵抗値を満足することが可能であると考えるものである。しかしながら実際に二層構成とした場合、製造工程が複雑化して製造コストが高くなってしまうという問題点がある。また、スポンジローラの表面に更なる層を設けた場合、先に述べたように注入帯電に用いる導電性スポンジローラとして重要な表面の微細な網目構造が形成されず導電性粒子を十分に保持する事が出来なくなってしまい均一な帯電特性が得られない。また近年、特開２００１−１０９２３２号公報で公開されているよう単一層からなるな導電性弾性層の発泡倍率が表面側向けて連続的に高くなっていて同時に導電性弾性層中の導電材料の分布が表面側に向けて連続的に減少していることで表面近傍が高抵抗となる構成のものが提案されている。しかしながら上記公報に記載の手段では、先に述べたような電荷注入性の観点から重要である凹形状のセルを持つ微細な網目構造の表面としたときに、必然的に内部の発泡倍率が低いために硬度高くなってしまい被帯電体と十分な接触状態を保つことが出来ない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、導電性スポンジローラとして、導電性弾性体上に上記のようにコスト高等の原因となる高抵抗の上層を設けなくとも帯電電流リークの発生を防止できて、帯電特性が安定していて、しかも製造容易で安価なもの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】
【０００４】
すなわち、本発明は、導電性支持体上に感光層を有する電子写真感光体と、導電性粒子からなり該感光体に接触して電圧を印加する接触帯電部材を有する電子写真装置において、接触帯電部材である導電性スポンジローラとして、導電性弾性体上に上記のようにコスト高等の原因となる高抵抗の上層を設けなくとも帯電電流リークの発生を防止できて、帯電特性が安定していて、製造容易で安価であり、しかも抵抗範囲がコントロールし易いものを提供する手段を見出した。つまり、導電性スポンジローラの導電性弾性層の体積抵抗をρｖとし、表面抵抗をρｓとした時に、「３≦ρｓ／ρｖ≦２０」であることを特徴とする単一層からなる導電性弾性層から構成される導電性スポンジローラ。
【発明の効果】
【０００５】
以上説明したように、表面抵抗と体積抵抗の比を「３≦ρｓ／ρｖ≦２０」の範囲に制御することにより低抵抗側では帯電電流リークの発生を防止できて、高抵抗側では黒点状のかぶり画像が発生しない帯電特性が安定している導電性スポンジローラを製造する事が出来るのである。本発明は電子写真装置に使用する導電性接触帯電ローラ、例えば注入帯電用接触帯電ローラのような導電性スポンジローラを簡便にかつ低いコストに、コントロールし易い抵抗範囲にて生産することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【０００７】
この発明の導電性スポンジローラの製造法においては、図1に示す工程のように、まず通常のニーダー、バンバリーミキサー、インターナルミキサー、オープンロール等のゴム混錬装置により適宜混錬して未加硫未発泡原料組成物を得る。次に所望の形状に成形するが、装置として特に制限はされず、例えば導電性弾性層をチューブ形状で成形するならば押出し機を用いて押出す。押出されたチューブをカッター等で切断し、加熱炉を用いて加硫発泡を行なう。その後、用途に応じて二次加硫等の処理をしても構わない。また、これらの工程を自動化して連続化しても何ら問題なく、押出したチューブを連続的にベルトコンベヤまたはローラコンベヤ等によって搬送して、連続加熱装置を経て製造しても構わない。次に導電性支持体と一体化して導電性スポンジローラを製造する場合には、前記工程により製造したスポンジゴムチューブ形状の導電性弾性層に導電性支持体、例えば既に接着剤を塗布してある芯金に圧入して接着処理をした後、研磨工程により所望の形状にすることで製造できる。導電性スポンジローラを製造する方法としては前記工程に制限されず、チューブ状ではなく押出し機の押し出しヘッドにクロスヘッドダイを組み込んで導電性軸体と一体で形成しても構わない。
【０００８】
本発明の導電性弾性層の材料である未加硫未発泡原料組成物に用いられる原料ポリマーとしては目的とするローラの用途に応じて選択するが、例えば、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ニトリルゴム（アクリロニトリル-ブタジエンゴム）、エチレン-プロピレンゴム（ＥＰＤＭ：エチレン-プロピレン-ジエン三元共重合体）、エチレン-プロピレンゴム（ＥＰＭ）、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）等が挙げられる。未加硫未発泡原料組成物に含まれる加硫剤として、硫黄、あるいは、非硫黄加硫剤である、金属酸化物、有機過酸化物などから、加熱装置、加硫速度等の条件において適するものを添加する。未加硫未発泡原料組成物には、発泡剤が添加されるが、加硫条件、その加硫温度などに応じて、所望の発泡倍率が得られる添加量、発泡剤種類を選択する。例えば、有機発泡剤として、ＡＤＣＡ（アゾジカルボンアミド）系、ＤＰＴ（ジニトロソペンタメチレンテトラアミン）系が好適であり、着色性がなく分解ガスの臭気が少ないＡＤＣＡが特に好適である。導電性弾性層を１×１０４〜１×１０７Ω程度の電気抵抗を有する導電性とする際には、原料組成物中の原料ポリマー中に、導電性粉末を分散させる。例えば、多用される導電粉としては、カーボンブラック、導電性カーボンなどのカーボン類、グラファイト、ＴｉＯ2、ＳｎＯ2、ＺｎＯなどの導電性金属酸化物、ＳｎＯ2とＳｂ2Ｏ3の固溶体、ＺｎＯとＡｌ2Ｏ3の固溶体などの前記金属酸化物との複合酸化物、Ｃｕ、Ａｇなどの金属粉、導電性の繊維などを挙げることができる。所望の導電率に応じ、また、用いる導電粉材料の比重に応じて、原料ポリマー１００重量部に対して、導電粉の添加量を５〜２００重量部の範囲で選択して、適宜添加する。もしくは四級アンモニウム塩のようなイオン導電性を有する材料を添加しても良い。その他、原料組成物には、無機充填剤、例えば、カーボンブラック、タルク、クレーなどを添加することもあり、また、原料組成物の混練や、その後の押し出しによる円筒形状の形成などに利する、プロセスオイル、軟化剤などを必要に応じて、適宜添加する。加硫条件は、使用する未加硫未発泡組成物に添加されているゴムの発泡剤の分解する温度と加硫促進剤や加硫剤の種類によって変化するが、発泡剤の分解する温度は発泡剤の選定により制御が可能であるため、ゴムの加硫温度として一般的である１2０℃〜２5０℃程度で適宜選択する。加熱手段としては、連続加熱装置として従来から用いられている熱風で加熱するHAV法、低融点の金属塩を溶融させた浴内で加熱するLCM法、微小なガラスビーズを熱風により加熱して熱媒体として用いるPCM法、その他UHFや遠赤外線等を用いた加熱手段を用いることができる。導電性スポンジローラを製造する場合には、導電性を施した未加硫未発泡原料組成物を前記工程により製造したスポンジゴムチューブに導電性の軸体、例えば既に接着剤を塗布してある芯金に圧入して接着処理をした後、研磨工程により所望の形状にすることで製造できる。また、導電性の軸体には接着剤が塗布されるには限らず、スポンジローラの内径を導電性軸体の外径よりも小さく制御することに製造可能である。加硫工程で形成されている導電性弾性体表面のスキン層は研磨により取り除き���導電性スポンジローラの表面を微細な網目構造とする。また研磨条件により本発明の特徴である表面抵抗と体積抵抗の比率が制御できるのである。体積抵抗は原料組成物に対する導電性粉末の配合量に依存するが、表面抵抗は研磨により制御が可能である。より具体的には、研磨において砥石周速を高める事により表面抵抗が高いローラを製造できる。また、トラバース式研磨機の場合、砥石の送り速度を高めることで表面抵抗が高いローラを製造できる。プランジ式研磨機の場合、砥石の切込み速度を高めることで表面抵抗が高いローラを製造できる。これは、本質的に導電性弾性体が研磨される時に発生する熱量が低く抑えられる程に研磨表面の抵抗が高く出来ることを見いだした。
【０００９】
導電性スポンジローラの抵抗値は図２に示すような方法で測定する。
Ｒ；抵抗値（Ω）＝印可電圧（V）／電流（Ａ）
つまり図２で示すように接触帯電部材２の導電性支持体２ｂに総圧で１ｋｇの荷重がかかるようにΦ３０ｍｍのアルミニウムドラム１に圧着した状態で導電性支持体２ｂとアルミニウムドラム１に１００Ｖの電圧を印可して電流値を計測する方法で抵抗値を測定する。
【００１０】
導電性弾性体の体積抵抗は図３、図４に示すような方法で測定し、以下に示すような式によって算出する。
ρｖ；体積抵抗（Ω・ｃｍ）＝測定値（Ω）×試料面積（ｃｍ2）／試料厚さ（ｃｍ）
つまり図４で示すように導電性支持体に圧入する前工程段階であるスポンジゴムチューブつまり導電性弾性層５を厚さ５ｍｍの形状に作製する。図３で示すように導電性弾性層５を上部電極４ａと下部電極４ｂで５００ｇの荷重で挟み１０Ｖの電圧を印可して抵抗値を測定し、上の式のように試料の厚さ及び面積から体積抵抗を算出する。
【００１１】
導電性弾性体乃至導電性スポンジローラの表面抵抗は図５に示すような方法で測定し、以下に示すような式によって算出する。
ρｓ；表面抵抗（Ω／□）＝測定値（Ω）×電極間距離（ｍｍ）／電極巾（ｍｍ）
つまり図５で示すように巾１０ｍｍのアルミシート電極６ａ，６ｂを電極間距離７が１ｍｍとなるように導電性弾性層に巻き付けた状態でアルミシート電極に１０Ｖの電圧を印可して抵抗値を測定し、上の式のように電極間距離及び電極巾から表面抵抗を算出する。本発明者らの検討によれば、このようにして測定し算出した抵抗値、表面抵抗、体積抵抗は以下のような意味を持っている。導電性スポンジローラの表面を研磨条件で制御し、表面抵抗を高抵抗化することによって耐電圧性が高まる。すなわち従来、１×１０４Ωという抵抗値では被帯電体にピンホールなどの低耐圧欠陥部位が存在した場合に電圧のリーク発生し、周辺の帯電不良や、ピンホールの拡大、導電性スポンジローラの通電破壊が生じてしまうが、表面抵抗を「３≦ρｓ／ρｖ」の範囲にすることによって、１×１０４Ωという抵抗値でも耐電圧性を保持することができる。しかるに一方、表面抵抗を高抵抗化しすぎた場合、つまり「２０＜ρｓ／ρｖ」の範囲にある場合は、導電性スポンジローラの電極としての機能が低下してしまうので帯電均一性に問題が生じてくる。
【００１２】
以下に、本発明の具体的実施例を示し詳細に説明するが、これに限られるものではない。
【実施例１】
【００１３】
以下に示す材料を用いて図1に示す製造方法により導電性スポンジローラを作製した。
【００１４】
＜未加硫未発泡原料組成物＞
エチレンプロピレンジエンゴム                        １００重量部
〔商品名：ＥＰＴ８０７５Ｅ、三井化学（株）製〕
亜鉛華                                                  ５重量部
ステアリン酸                                            ２重量部
カーボンブラック                                      ７０重量部
炭酸カルシウム                                        ２０重量部
パラフィン系オイル                                    ５０重量部
〔商品名：ＰＷ−３８０、出光興産（株）製〕
メルカプトベンゾチアゾール（加硫促進剤）                ２重量部
ジブチルカルバミン酸亜鉛（加硫促進剤）                  １重量部
ジエチルチウラムジスルフィド（加硫促進剤）              ２重量部
硫黄（加硫剤）                                          ２重量部
ＡＤＣＡ（発泡剤）                                    ２５重量部
〔商品名：ビニホールＡＣ♯３、永和化成（株）製〕
加熱装置としては加硫缶（加圧水蒸気を用いる加硫装置）を用い、加熱炉の温度は１６０℃、加熱時間は３０分とした。スポンジゴムチューブ形状に作製した導電性弾性層を接着剤塗布してある導電性支持体へ圧入して接着加熱処理をした後、トラバース研磨機により砥石送り速度５００ｍｍ／ｍｉｎで研磨しΦ２０の導電性スポンジローラを得た。この導電性スポンジローラの電気特性を上記手法により測定を行ない、電荷注入方式の電子写真装置を用いて画質評価を行なった。結果を表１に示す。なお、本測定並びに評価は温度２５℃、湿度６０％の環境下で行なった。
【実施例２】
【００１５】
研磨工程における砥石送り速度を３０００mm／ｍｉｎとした以外は実施例１と同じ条件で製造した。そして、実施例１と同様に電気特性及び画質評価を行なった。実施例1と同様結果を表１に示す。
【実施例３】
【００１６】
カーボンブラックの配合量（重量部）を４５重量部とした以外は実施例1と同じ条件で製造した。そして、実施例１と同様に電気特性及び画質評価を行なった。実施例1と同様結果を表１に示す。
【実施例４】
【００１７】
研磨工程における砥石送り速度を３０００ｍｍ／ｍｉｎとした以外は実施例３と同じ条件で製造した。そして、実施例１と同様に電気特性及び画質評価を行なった。実施例1と同様結果を表１に示す。
【００１８】
（比較例１）
研磨工程における砥石送り速度を１００ｍｍ／ｍｉｎとした以外は実施例１と同じ条件で製造した。そして、実施例１と同様に電気特性及び画質評価を行なった。実施例1と同様結果を表１に示す。
【００１９】
（比較例２）
研磨工程における砥石送り速度を５０００ｍｍ／ｍｉｎとした以外は実施例３と同じ条件で製造した。そして、実施例１と同様に電気特性及び画質評価を行なった。実施例1と同様結果を表１に示す。
【００２０】
【表１】
2005141117.tif 000003
なお、上の表１において、評価結果の記号は下記の意味を表す。
【００２１】
画像評価
○    優秀、良好
＊１  帯電電圧のリークが発生
＊２  黒点状の画像異常（かぶり）が発生
表１の結果より、従来は１×１０５Ωよりも抵抗の低い低抵抗側では帯電電流のリークが防止し得なかったが、表面抵抗ρｓと体積抵抗ρｖの比を「３≦ρｓ／ρｖ≦２０」の範囲に制御することにより１×１０４Ωという低抵抗でも帯電電流リークの発生を防止できて、また、高抵抗側では黒点状のかぶり画像が発生しない帯電特性が安定している導電性スポンジローラをコントロールし易い抵抗範囲にて製造する事が出来る。一方、「ρｓ／ρｖ」を上記範囲に制御していない「ρｓ／ρｖ＜３」である低抵抗側ではかぶりに関しては問題ないがリークが発生してしまい良好な結果は得られない。また逆に、「２０＜ρｓ／ρｖ」である場合の高抵抗側ではかぶりが発生してしまい、同様に良好な結果は得られない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の製造方法における工程の概略チャートである。
【図２】抵抗値測定装置を模式的に示した概略図である。
【図３】体積抵抗測定装置を模式的に示した概略図である。
【図４】体積抵抗測定用試料を模式的に示した概略図である。
【図５】表面抵抗測定装置を模式的に示した概略図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  アルミニウムドラム
２  導電性スポンジローラ
２ａ  導電性弾性層
２ｂ  導電性支持体
４ａ  体積抵抗測定  上部電極
４ｂ  体積抵抗測定  下部電極
５  導電性弾性層を輪切り形状にした試料
５ａ  導電性弾性層を輪切りにした試料の厚さ
５ｂ  導電性弾性層を輪切りにした試料の面積
６ａ  表面抵抗測定  アルミシート主電極
６ｂ  表面抵抗測定  アルミシート副電極
７ａ  電極間距離
７ｂ  電極巾
【図１】
2005141117.tif 000004
【図２】
2005141117.tif 000005
【図３】
2005141117.tif 000006
【図４】
2005141117.tif 000007
【図５】
2005141117.tif 000008