(57)【要約】  【課題】トナーが接触する部材に付着残留したトナーおよび外添剤を除去でき、かつ除去の際にトナーの劣化を極力抑えることができる新たなクリーニング部材を提供する。  【解決手段】  イオン導電性ゴムを含むゴム組成物を用いて形成されるゴム層を最外層に備えた導電性ゴム部材であって、上記ゴム組成物中に誘電正接調整用充填剤が配合され、電圧５Ｖ、周波数１００Ｈｚの交流電圧を印加した際の誘電正接が２．０を超えて５．０以下に調整されていることを特徴とする導電性ゴム部材を提供する。  【選択図】  図１
2005258402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン導電性ゴムを含むゴム組成物を用いて形成されるゴム層を最外層に備えた導電性ゴム部材であって、
上記ゴム組成物中に誘電正接調整用充填剤が配合され，電圧５Ｖ、周波数１００Ｈｚで交流電圧を印加した際の誘電正接が２．０以上５．０以下に調整されていることを特徴とする導電性ゴム部材。
【請求項２】
上記イオン導電性ゴムは誘電正接調整用充填剤として含水ケイ酸アルミニウム化合物を含み、ゴム成分１００質量部に対して５〜１００質量部配合している請求項１に記載の導電性ゴム部材。
【請求項３】
ゴム層の表層部分に酸化膜が形成されている請求項１または請求項２に記載の導電性ゴム部材。
【請求項４】
印加電圧１００Ｖにおける電気抵抗をＲ１００とし、印加電圧５００Ｖにおける電気抵抗をＲ５００とすると、（ｌｏｇＲ１００−ｌｏｇＲ５００）＜０．５である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の導電性ゴム部材。
【請求項５】
画像形成装置に搭載され、感光体等に残留したトナー、トナーに外添される外添剤、紙粉の少なくとも一部をクリーニングするクリーニングローラとしている請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の導電性ゴム部材。
【請求項６】
画像形成装置に搭載され、感光体等に残留したトナー、トナーに外添される外添剤、紙粉の少なくとも一部を付着させると共に付着したトナー、外添剤、紙粉を除電させる機能を持つローラとしている請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の導電性ゴム部材。
【請求項７】
ローラ形状を有する請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の導電性ゴム部材と、前記導電性ゴム部材の表面に当接されたブレードとを備えていることを特徴とするクリーニング装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の導電性ゴム部材をクリーニングローラあるいはクリーニング機能を備えた帯電ローラとして搭載していることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は導電性ゴム部材に関し、詳しくは、画像形成装置において感光体などのトナーが接触する部材に付着残留したトナー等を除去するクリーニング部材として好適な導電性ゴム部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置については、高速化、高画質化およびカラー化の観点からの研究が広くなされており、トナーによりこれらの性能を具備させる検討も行われてきている。なかでも、トナー径を従来の１０μｍ程度から５μｍ程度まで小粒径化すると前記性能が具備できることが明らかになったことでトナーの小粒径化の傾向に拍車がかかっている。
【０００３】
しかし、トナー径が５μｍ程度に小粒径化されたトナーが使われるようになることで、トナー同士が付着しやすくなるうえに、例えば感光体などのトナーが接触する部材に付着したトナーが取れにくくなるという問題が生じてきた。さらに、トナー同士の付着についてはトナーに外添する外添剤の工夫がなされているが、この場合、トナーだけでなく外添剤までもが感光体等の部材に付着するという問題も生じている。このようにトナーが接触する部材にトナーおよび外添剤が付着することが最大の問題になってきている。
【０００４】
画像形成装置においては、現像ロールから感光体に静電気的にトナーおよび外添剤が搬送され、転写工程で紙または中間媒体に搬送される。この際、トナーおよび外添剤が感光体から紙または中間媒体に完全に転写されればよいが、実際はトナーおよび外添剤が感光体に付着した状態で残るためクリーニング工程を経ている。しかし、トナー径が５μｍ程度に小粒径化されると、クリーニング工程において感光体に付着したトナーおよび外添剤を完全に除去することが極めて困難になる。その結果、クリーニング工程の後、帯電工程に移行した際に、クリーニング工程で除去されなかったトナーおよび外添剤が帯電ロールなどの帯電部材を汚染してしまい、帯電不良が起こったり、場合によっては帯電部材が破損したりするなど、装置の信頼性に重大な影響を及ぼすことが分かってきている。
【０００５】
また、通常、クリーニング工程においてはブレードが汎用されており、ブレードを用いて感光体等の表面に付着したトナーおよび外添剤をかき取り、トナーを回収ボックスに集める機構が用いられている。しかしながら、このような機構では、かき取ったトナーを再度トナーボックスに搬送する機構が複雑となり、トナーを再利用することは難しい。さらに、ブレードのみを用いてクリーニングするため、極めて高圧でかき取る必要があり、その結果、トナーの劣化が激しくなる。ゆえに、たとえ装置機構上でトナーを再利用できたとしてもトナーが十分な帯電性を維持できないという問題がある。
【０００６】
今後、画像形成装置については、高速化、高画質化およびカラー化などの性能向上とあわせて信頼性の向上およびリサイクルやリユースによる省エネルギー化がますます求められ、これらの要求に応じたトナーを極力劣化させない新たなクリーニング機構および部材の開発が急務である。
【０００７】
上記要求に応えるてクリーニング機構として、特開平６−３４２２３７号公報（特許文献１）に、接触式帯電ローラと該帯電ローラ表面に付着したトナー等の異物を除去するためのクリーニングブレードを加圧設置したローラ帯電装置が提供されている。しかし、このローラ帯電装置では、実施例に記載されているように帯電ローラの表面がポリアミド樹脂またはフッ素樹脂でコーティングされているため、帯電ロールから回収されたトナーが除電せず、場合によってはさらに帯電性が付与されるため、クリーニングブレードを高圧に設置する必要が生じ、その結果、トナーが劣化しやすくなる。さらに、繰り返し使用により帯電ローラ表面のコーティング材が摩耗し、初期の良好な帯電性を維持できず、トナー等の異物の除去効率が低下する。
【０００８】
また、特開２００１−２０９２３９号公報（特許文献２）には、トナーと逆極性の帯電極性を有する弾性部材を帯電ローラと接触させて設け、かつ、該弾性部材に近接すると共に帯電ローラと非接触にマグネットを設けたクリーニング手段が提供されている。このクリーニング手段では、弾性部材で帯電ローラに付着したトナーをかき取り、マグネットでトナーを回収している。このクリーニング手段は磁性トナーでは有効と考えられるが、非磁性トナーや外添剤の付着に対するクリーニングには不十分であり、結果として、帯電ロールに外添剤や非磁性トナーが付着して長期の信頼性が得られない。
【０００９】
さらに、特開２００２−８２５３７号公報（特許文献３）で、中間転写体上の残留液体現像剤をクリーニングするクリーニング装置が提供されている。しかし、このクリーニング装置は液体現像剤を用いる画像形成装置には有効であるが、乾式現像剤を用いる画像形成装置には適用できないと共に回収された現像剤の再利用を考慮した機構にはなっていない。
【００１０】
【特許文献１】特開平６−３４２２３７号公報
【特許文献２】特開２００１−２０９２３９号公報
【特許文献３】特開２００２−８２５３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、トナーが接触する感光体等の部材に付着残留したトナーおよび外添剤を除去でき、かつ、除去の際にトナーの劣化を極力抑えることができるクリーニングローラ等として好適に用いられる導電性ゴム部材を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明は、イオン導電性ゴムを含むゴム組成物を用いて形成されるゴム層を最外層に備えた導電性ゴム部材であって、
上記ゴム組成物中に誘電正接調整用充填剤が配合され、電圧５Ｖ、周波数１００Ｈｚで交流電圧を印加した際の誘電正接が２．０以上５．０以下以下に調整されていることを特徴とする導電性ゴム部材を提供している。
【００１３】
本発明者は、研究および実験の繰り返しにより、クリーニングローラ、クリーニング機能を備えた帯電ローラ、クリーニングブレード等として用いる導電性ゴム部材において、該導電性ゴム部材に対して、前記条件下で測定した誘電正接を２．０以上５．０以下に調整することにより、帯電しているトナーおよび外添剤が該導電性ゴム部材に付着した際に、それらを除電して帯電量を低下させることができることを知見した。除電されたトナーおよびトナーの外添剤は、高圧などの機械的ストレスをかけることなく、ブレードなどにより容易に除去することができ、トナー除去時にトナーの劣化を極力抑えることができる。
本発明では、前記条件下で測定した誘電正接を上記２．０以上５．０以下の範囲に設定したクリーニングローラ、クリーニング機能を備えた帯電ローラ、クリーニングブレード等の導電性ゴム部材とし、該導電性ゴム部材を感光体などのトナーが接触する部材に接触させ、該感光体等に付着残留していたトナーおよび外添剤の全て、あるいは少なくとも一部を写し取り、トナーおよび外添剤を効率よく除電して、容易に除去できるようにしている。
なお、誘電正接の測定条件として微小電圧の５Ｖを印加しているのは、トナーを付着した際、また、トナーを感光体に搬送した際には極めて微量な電圧変動が生じるためである。また、周波数を１００Ｈｚに設定しているのは、低周波数が極めて事象にマッチするためである。
【００１４】
本発明の導電性ゴム部材では、上記のように、電圧５Ｖ、周波数１００Ｈｚで交流電圧を印加した条件下で測定した最外層のゴム層の誘電正接は２．０以上５．０以下、好ましくは２．０以上４．０以下、更に好ましくは２．０以上３．０以下としている。
誘電正接とは電気の流し易さ（導電率）とコンデンサー成分（静電容量）の影響度を示す指標であり、交流電流を印加した際の位相遅れを示すパラメータで、ｔａｎδと表せ、導電率（Ｇ）／静電容量（ωＣ）として求めることができる。
より具体的には、誘電正接は本発明の導電性ゴム部材に帯電しているトナーおよび外添剤が付着した際にトナーおよび外添剤がどの程度の電荷を保持できるかを測る指標となり、誘電正接が上記範囲内であれば帯電したトナーおよび外添剤の帯電量を所要時間経過後に効率よく低下させて除電できる。具体的には導電性ゴム部材の表面に付着させたトナーが５分経過後に１０μｃ／ｇ以下となる設定としいる。
誘電正接を上記範囲としているのは、誘電正接が２．０未満であると帯電量が低下せず、除電性能が劣り、５．０以上とするとゴムに配合する誘電正接調整用の充填剤が多く必要となり過ぎ、十分なゴム弾性が得られにくくなる。    
【００１５】
最外層のゴム層の誘電正接を上記一定範囲内に調整するために、最外層のゴム層を構成するゴム組成物に誘電正接調整用充填剤を配合している。
誘電正接調整用充填剤としては、含水ケイ酸アルミニウム化合物、炭酸カルシウムまたは有機／無機顔料が挙げられ、なかでも含水ケイ酸アルミニウム化合物が少量の添加で誘電正接を２．０以上に調整することが出来るために好適に用いられる。また、含水ケイ酸アルミニウム化合物と炭酸カルシウムとの混合物としてもよい。
含水ケイ酸アルミニウム化合物としてはＡｌ２Ｏ３・ｘＳｉＯ２・ｙＨ２Ｏ（式中、ｘおよびｙは１以上の整数を示す。）という分子式で表される化合物が好ましい。なかでも、（ｘ，ｙ）が（２，２）、（２，４）または（４，１）である場合がより好ましく、Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２・２Ｈ２Ｏという分子式で表される化合物がさらに好ましい。これら化合物の分子構造としては２八面体型１：１層状の構造が特に好ましい。
含水ケイ酸アルミニウム化合物として具体的にはカオリンまたはクレーと称される天然鉱物が挙げられ、なかでもカオリナイト（kaolinite）、ディッカイト（dickite）またはナクライト（nacrite）などのカオリン鉱物が好ましい。
また、通常ハードクレーと呼ばれる粒子径が細かく、補強性が高いクレーが特に好ましい。さらに、焼成して水分を低減したものは電気特性が均一に出来るので特に好ましい。
【００１６】
前記誘電正接調整用充填剤の配合量は最外ゴム層の誘電正接が上記一定範囲内となれば良く、誘電正接調整用充填剤の種類により異なるので一概にはいえない。例えば，誘電正接調整用充填剤が含水ケイ酸アルミニウム化合物または／および炭酸カルシウムである場合、その配合量はゴム成分１００質量部に対して２質量部以上であることが好ましく、５〜１００質量部であることがより好ましい。
【００１７】
本発明において最外層のゴム層を構成するゴム組成物はイオン導電性ゴムを主成分としている。イオン導電性ゴムの含有量は組成物１００質量部に対して３０質量部以上、好ましく５０質量部以上、さらに好ましくは７０質量部以上である。
イオン導電性ゴムとしては各種不飽和ゴムまたは熱可塑性ゴム等が挙げられ、共重合ゴムやブレンドゴム等の種々の形態で使用することができる。具体的には、エピハロヒドリンゴム（特にエピクロルヒドリンゴム）、アクリロニトリルゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ウレタンゴムまたはシリコーンゴム等を挙げることができ、これらは単体で用いてもよいし２種以上をブレンドして用いてもよい。
【００１８】
特にイオン導電性ゴムとしては極性ゴムまたはハロゲン系ゴムが好ましい。ハロゲン系ゴムとしては、エピクロルヒドリンゴムまたはエピクロルヒドリン系重合体が好適な例として挙げられる。具体的には、例えばエピクロルヒドリン（ＥＰ）単独重合ゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド（ＥＯ）共重合体、エピクロルヒドリン−プロピレンオキサイド（ＰＯ）共重合体、エピクロルヒドリン−アリルグリシジルエーテル（ＡＧＥ）共重合体、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合体、エピクロルヒドリン−プロピレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合体、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合体等が挙げられる。
ハロゲン系ゴム、特にエピクロルヒドリンゴムは、他のゴム成分と組み合わせてもよく、その場合全ゴム成分に対して約２０質量％以上１００質量％未満の割合で配合することが好ましい。前記配合量とすることにより後述する酸化膜の形成の際に良好な酸化膜が得られるからである。
【００１９】
上記最外層のゴム層を構成するゴム組成物には、上記イオン導電性ゴムに加えて導電剤を配合して誘電正接をコントロールしても良い。導電剤としては、ケッチェンブラック、ファーネスブラックもしくはアセチレンブラック等の公知の導電性カーボンブラック；酸化亜鉛、チタン酸カリウム、アンチモンドープ酸化チタン、酸化スズもしくはグラファイト等の導電性金属酸化物；ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＮａＣ１Ｏ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＢＦ４、ＮａＳＣＮ，ＫＳＣＮ，ＮａＣ１等の金属塩；あるいは各種４級アンモニウム塩、燐酸塩等の電解質等が挙げられる。
なかでも、本発明においては弱導電性のカーボンブラックを配合することが好ましく、導電剤の配合量はカーボンブラックの種類により変わるが、ゴム成分１００質量部に対して０．５〜２０質量部、好ましくは１〜１０質量部、特に１〜４質量部好ましい。
【００２０】
さらに、上記最外層のゴム層を構成するゴム組成物には加硫剤、加工助剤、可塑剤、受酸剤または劣化防止剤などの添加剤を配合することができる。これら添加剤の総量はゴム成分１００質量部に対して３０〜７０質量部程度が好ましい。添加剤の配合量を約３０質量部以上としているのは誘電正接を効率的に調整し、研磨性（加工性）を良くして加工精度を向上させるためである。添加剤の配合量を約７０質量部以下としているのは硬度が上昇し接触する他の部材を損傷させるのを防ぐためである。
【００２１】
上記加硫剤としては硫黄系、トリアジン誘導体系、チオウレア系、各種モノマー等が使用できる。これらは単独で使用しても、２種以上を組み合わせて使用してもよい。硫黄系加硫剤としては粉末硫黄、またはテトラメチルチウラムジスルフィドもしくはＮ，Ｎ−ジチオビスモルホリンなどの有機含硫黄化合物等が挙げられる。チオウレア系加硫剤としてはテトラメチルチオウレア、トリメチルチオウレア、エチレンチオウレアおよび（ＣｎＨ２ｎ＋１ＮＨ）２Ｃ＝Ｓ（式中、ｎは１〜１０の整数を表す。）で示されるチオウレア等よりなる群から選択される１種又は複数種のチオウレアを用いることができる。
加硫剤の添加量はゴム成分１００質量部に対して約０．５質量部以上約５質量部以下、好ましくは約１質量部以上約３質量部以下が良い。
【００２２】
エピクロルヒドリンゴムまたはエピクロルヒドリン系重合体をチオウレア系加硫剤、特にエチレンチオウレアで加硫したゴムは、圧縮永久ひずみが約１５％以下となり耐久性が良好となる上に、研磨加工時の精度確保を容易にすることができ、さらには紫外線による酸化膜形成効果も高めることができるから、本発明において特に好適に用いることができる。この場合、ゴム成分１００質量部に対してチオウレア系加硫剤を約０．２質量部以上約３質量部以下、好ましくは、約１質量部以上、約２質量部以下の割合で配合するのが良い。また、前記チオウレア系加硫剤とともに粉末硫黄を併用することも好ましい。この場合、粉末硫黄の配合量はゴム成分１００質量部に対して０．１〜１．０質量部程度である。
【００２３】
上記可塑剤としては、例えばジブチルフタレート（ＤＢＰ）やジオクチルフタレート（ＤＯＰ）またはトリクレジルフォスフェート等の各種可塑剤のほかに、導電剤や加工助剤として用いられる物質の中にも可塑成分を有するものが多数あり、例えば加工助剤として用いられるステアリン酸等の脂肪酸、またはイオン導電剤として用いられる第４級アンモニウム塩等が挙げられる。これら可塑成分は、上記ゴム層のゴム成分１００質量部に対して約５質量部以下の割合で配合されていることが好ましい。酸化膜を形成する際にブリードが生じたり、プリンター装着時や運転時に感光体を汚染したりするのを防ぐためである。
【００２４】
上記受酸剤としては、分散性にも優れるので特にハイドロタルサイト類、マグサラットを用いることが好ましい。その他、受酸剤としては、酸受容体として作用する種々の物質を用いることができる。ゴム成分としてハロゲン系ゴム、特にエピクロルヒドリンゴムまたはエピクロルヒドリン系重合体を用いる場合にはその質量に対し受酸剤を約１質量％以上約１０質量％以下、好ましくは約１質量％以上約５質量％以下の割合で配合するのが好ましい。加硫阻害および感光体汚染を防止するため受酸剤の配合量は約１質量％以上であることが好ましく、硬度の上昇を防ぐため受酸剤の配合量は約１０質量％以下であることが好ましい。
上記劣化防止剤としては各種老化防止剤などが挙げられる。老化防止剤としては例えば各種酸化防止剤が挙げられる。酸化防止剤を用いる場合には、所望により施される表層部分における酸化膜の形成が効率よく進むよう、その配合量を適宜選択することが好ましい。
【００２５】
また、本発明の導電性ゴム部材の最外層のゴム層の表層部分に、酸化膜が形成されていることが好ましい。該酸化膜を設けることにより、誘電正接の調整により有効であり、かつ、表層を高硬度化でき、表面の摩擦係数を低減して、除電したトナーを機械的にストレスを与えることなく回収できる。さらに、耐摩耗性も高めることができる。
酸化膜は多数のＣ＝Ｏ基またはＣ−Ｏ基等を有する酸化膜が好ましい。酸化膜はゴム層の表面に紫外線照射または／およびオゾン照射等の処理を施しゴム層の表層部分を酸化することで形成することができる。なかでも紫外線照射により酸化膜を形成することが処理時間も早く、コストが低いことから好ましい。上記酸化膜を形成するための処理は公知の方法に従って行うことができる。例えば、紫外線照射を行う場合にはゴム層の表面と紫外線ランプとの距離やゴムの種類等により異なるが、波長が約１００ｎｍ〜４００ｎｍ、より好ましくは約１００ｎｍ〜２００ｎｍの紫外線を３分〜３０分間程度照射することが好ましい。
上記酸化膜の厚さは１μｍ〜２０μｍ、好ましくは３μｍ〜１５μｍとしていることが好ましい。
一方、被クリーニング物と本発明のゴム部材が非接触の場合は紫外線照射していない方が、誘電正接向上の観点で好ましい場合もある。
【００２６】
酸化膜形成前の印加電圧５０Ｖにおける電気抵抗をＲ５０とし、酸化膜形成後の印加電圧５０Ｖにおける電気抵抗をＲ５０ａとしたとき、ｌｏｇＲ５０ａ−ｌｏｇＲ５０＝約０．２〜１．５程度であることが、耐久性の向上、トナーへのストレスの低減等の観点から好ましい。
【００２７】
本発明の導電性ゴム部材においては、５００Ｖ印加時の電気抵抗値をＲ５００、１００Ｖ印加時の電気抵抗値をＲ１００としたときに（ｌｏｇＲ１００−ｌｏｇＲ５００）＜０．５であることがより好ましい。これは導電性ゴムローラにおける電気特性の均一性をより明確とするために現像バイアスに近い５００Ｖの電圧印加時の抵抗値を基準として１００Ｖの電圧印加時の抵抗値との差を指標に電圧依存性を評価するためのものであり、前記式の値が０．５未満であることは電圧依存性が小さいことから好ましい。
【００２８】
本発明の導電性ゴム部材は除電性能が要求される用途であれば特に限定されず用いることができる。
特に、本発明の導電性ゴム部材は画像形成装置におけるクリーニング部材として用いるのが好ましい。なかでも、感光体などのトナーが接触する部材や感光体からトナーが移行するおそれのある部材（例えば帯電ロール）などのクリーニング部材として好適に用いることができる。具体的には、感光体上に形成されたトナー像を他の媒体（例えば紙または中間転写体）に転写した後、感光体に付着残留したトナー、外添剤または紙粉などの異物を除去するためのクリーニングローラとして本発明の導電性ゴム部材を用いることができ、クリーニング性能を高めることにより画像性能を高めることができる。
【００２９】
本発明の導電性ゴム部材はブレードと組み合わせることで、より効率よくクリーニングが行える。具体的な態様としては、ローラ形状の本発明の導電性ゴム部材と、該導電性ゴム部材の表面に当接されたブレードとを備えているクリーニング装置が挙げられる。
前記クリーニング装置においては、感光体や帯電ロールなどクリーニングしたい部材と本発明の導電性ゴム部材を接触させ、クリーニングしたい部材に付着しているトナー、外添剤または紙粉などの異物を本発明の導電性ゴム部材に付着させるとともに、付着させた異物を除電し、その後、導電性ゴム部材の表面に当接されたブレードにより前記異物を除去している。
【００３０】
さらに、本発明の導電性ゴム部材に帯電ローラとしての機能をも与えて、クリーニングローラを兼ねた帯電ローラとして画像形成装置に搭載してもよい。
帯電ローラは、感光体に接触して従動しながら電圧が印加されることにより、帯電ローラと感光体との間の微少な間隙にて放電して感光体表面を帯電させる。ゆえに、本発明の導電性ゴム部材を帯電ローラとして使用するには、本発明の導電性ゴム部材が感光体を均一に帯電させる均一帯電性能および感光体にピンホール（小径の穴等の微小な欠陥）が発生したときピンホール部分に電流が集中しないようにする耐リーク性能を持たせればよい。その方法としては公知の手段が挙げられるが、例えば抵抗値を半導電性領域の１０６〜１０９Ωｃｍ程度に制御すること、ＪＩＳ  Ａ硬度を３５〜４５に設定することなどが挙げられる。
【００３１】
本発明の導電性ゴム部材は、少なくとも導電性ゴム層を最外層に備えていればその構造は特に問わず、要求性能に応じて２層等の複数構造としてもよいが、導電性ゴム層の一層からなる構造とすると物性のばらつきが少なく安価に製造できるため好ましい。また、本発明の導電性ゴム部材の形状も特に問わず、使用状態に応じてローラ状または板状などの形状を適宜選択することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の導電性ゴム部材は、帯電しているトナー、トナーに外添する外添剤または紙粉などの異物が付着したときに、これらを除電することができる。除電されたトナー等はブレードにより容易にかき取って除去することができ、従来のブレードのみを用いる場合のようにトナー等をかき取る際に高圧をかける必要がない。その結果、クリーニングの際にトナーに対してかかる機械的ストレスが大幅に軽減され、トナーの劣化が極力抑えられる。その結果、トナーの再利用が可能となり、リユースによる省エネルギー化を図ることができる。
【００３３】
さらに、本発明の導電性ゴム部材をクリーニング部材として用いることにより、または本発明の導電性ゴム部材とブレードを組み合わせたクリーニング装置を用いることにより、感光体に残留するトナー、外添剤または紙粉などの異物が減少するため、これら異物が帯電ロールなどの帯電部材を汚染することを極力抑えることができ、帯電不良や帯電部材の破損が防止でき、装置の信頼性を大きく向上させることができると共に画像性能を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明に係わるクリーニングローラとして導電性ゴムローラの実施形態を説明する。
図１に示すように、導電性ゴムローラ１０は、円筒形状のゴム層１と、その中空部に圧入すると共に導電性接着剤で接合された円柱形状の芯金（シャフト）２を備えている。
本実施形態では、ゴム層１の肉厚は６ｍｍとし、中空部に圧入されると共に導電性接着剤出接合されたた芯金２は直径１０ｍｍとしている。芯金としてはアルミニウム、アルミニウム合金、ＳＵＳもしくは鉄等の金属製またはセラミック製等の芯金を用いている。
上記導電性ゴム層１の肉厚は約０．５ｍｍ〜１０ｍｍ、さらには１ｍｍ〜７ｍｍが好ましい。
なお、ゴム層１の表層部分はゴムが紫外線照射により酸化された酸化膜とされていてもよい。
【００３５】
ゴム層１はイオン導電性ゴムを主成分とするゴム組成物で構成されている。具体的には、ゴム成分としてエピクロルヒドリンゴム（エチレンオキサイド（ＥＯ）／エピクローラヒドリン（ＥＰ）／アリルグリシジルエーテル（ＡＧＥ）の共重合比率が５６モル％／４０モル％／４モル％）を用いている。ゴム組成物中には誘電正接調整用充填剤としてクレー（含水ケイ酸アルミニウム化合物）がゴム成分１００質量部に対して３０〜４０質量部配合され、ゴム組成物中に分散している。さらに、加硫剤として硫黄粉末および加硫促進剤（エチレンチオウレア）がゴム成分１００質量部に対してそれぞれ０．５質量部および１．４質量部配合され、受酸剤であるハイドロタルサイトがゴム成分１００質量部に対して３質量部配合され、導電剤である導電性カーボンブラックがゴム成分１００質量部に対して２質量部配合されている。
【００３６】
上記導電性ゴムローラ１０は以下の方法で製造している。
上記成分を上記配合比で配合したゴム組成物を混練した後、押出機で円筒状に押出して予備成形し、これを所定寸法に裁断して予備成形体を得る。この予備成形体を加硫缶に投入し、ゴム成分が架橋する温度で加硫する。加硫条件は適宜選択すればよいが、１６０℃で１時間加硫することが好ましい。加硫後、芯金を円筒状のゴム層内に装着しローラ状態とする。
【００３７】
さらに、所望により最外層の導電性ゴム層の表層部分に酸化膜を形成してもよい。前記酸化膜は例えば以下の方法により形成することができる。
円筒研磨機によりローラ表面を研磨し、ローラ表面粗さＲｚが６．５μｍ以下、好ましくは３〜５μｍとなるように鏡面仕上げを行う。ついで、水洗いをした後に、紫外線照射機により紫外線（１８４．９ｎｍ）を照射し酸化被膜を形成させる。
具体的には、ローラの周方向９０度毎に所定時間、好ましくは約１〜１５分間、より好ましくは約５〜１０分間紫外線を照射し、合計で周方向に４回回転させてローラ全周に酸化膜を形成する。
【００３８】
以上のようにして得られる本発明の導電性ゴムローラ１０は、電圧５Ｖ、周波数１００Ｈｚの交流電圧を印加した条件下で測定した際の誘電正接が２．０以上５．０以下の範囲内に調整されている。
導電性ローラ１０において印加電圧１００Ｖにおける電気抵抗値をＲ１００とし、印加電圧５００Ｖにおける電気抵抗値をＲ５００とすると、（ｌｏｇＲ１００−ｌｏｇＲ５００）の値が０．５より小さくしている。
導電性ローラ１０の電気抵抗値を上記範囲とすることにより感光体に残留しているトナーを導電性ゴムローラ１０の表面に多く移しとることができる。
さらに、除電効果の指標として、導電性ゴムローラ１０に付着したトナーの帯電量は５分後に約１０μＣ／ｇ以下とされることがより好ましい。上記のように帯電量を低下させて除電することにより、感光体等から導電性ゴムローラ１０の表面に移し取ったトナーを簡単に除去することができる。
なお、導電性ゴムローラ１０に付着したトナーの帯電量は下記の実施例に記載の方法で測定している。
【００３９】
図２は本発明の導電性ゴムローラ１０を感光体のクリーニングローラとしてカラー用画像形成装置に搭載した実施形態を示す。
上記カラー用画像形成装置は、感光体１２、感光体のクリーニング部材として本発明の導電性ゴムローラ１０、ブレード２０、帯電ローラ１１、中間転写ベルト１３、定着ローラ１４、４色のトナー１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ）、鏡１６、転写ローラ１９ａおよび１９ｂを備えている。
【００４０】
このカラー用画像形成装置の動作機構としては、まず、感光体１２が図中の矢印の方向に回転し、帯電ローラ１１によって感光体１２が帯電された後に、鏡１６を介してレーザー１７が感光体１２の非画像部を露光して除電し、画線部に相当する部分が帯電した状態になる。次に、トナー１５ａが感光体１２上に供給されて、帯電画線部にトナー１５ａが付着し１色目の画像が形成される。このトナー画像は一次転写ローラ１９ａを介して中間転写ベルト１３上へ転写される。中間転写ベルト１３上へ転写されず感光体１２上に残留したトナーは本発明の導電性ゴムローラ１０に付着して除電され、導電性ゴムローラ１０に圧接するブレード２０により容易に除去され、トナー回収ボックス（図示せず）に回収される。同様にして、感光体１２上に形成されたトナー１５ｂ〜１５ｄの各色の画像が中間転写ベルト１３上に転写され、転写ベルト１３上に４色のトナー１５（１５ａ〜１５ｄ）からなるフルカラー画像が一旦形成される。このフルカラー画像は二次転写ローラ１９ｂを介して被転写体（通常は紙）１８上へ転写され、所定の温度に加熱されている定着ローラ１４を通過することで被転写体１８の表面へ定着される。両面印刷を行う場合には、定着ローラ１４を通過した被転写体１８がプリンター内部で反転され、上記画像形成工程を繰り返し、再度裏面に画像が形成される。
【００４１】
図３は本発明の導電性ゴムローラ１０が帯電ロール１１としてカラー用画像形成装置に搭載した実施形態を示す。
導電性ゴムローラ１０は感光体１２に接触して従動回転するように取り付けている。導電性ゴムローラ１０が感光体１２を帯電させると同時に、中間転写ベルト１３上へ転写されず感光体１２上に付着している残留トナーを付着させ、当該トナーを除電する。除電されたトナーは導電性ゴムローラ１０に圧接するブレード２０により容易に除去され、トナー回収ボックス（図示せず）に回収される。
それ以外の機構は図２を用いて説明したとおりである。
【００４２】
図４は、本発明の導電性ゴムローラ１０を帯電ロールのクリーニング部材としてカラー用画像形成装置に搭載した実施形態を示す。
上記画像形成装置では、従来汎用されている感光体クリーナー２１が設置されており、中間転写ベルト１３上へ転写されず感光体１２上に付着している残留トナーはこの感光体クリーナー２１で除去される。しかし、上述したように感光体クリーナー２１では完全に除去できず感光体１２上にトナーや外添剤が残留し、これらがさらに帯電ロールに付着する場合がある。このように帯電ロールに付着したトナー等を本発明の導電性ゴムローラ１０に付着させたのち除電し、導電性ゴムローラ１０に圧接するブレード２０により除去する。それ以外の機構は図２を用いて説明したとおりである。
【００４３】
本発明の実施例１、２の導電性ゴムローラと比較例１、２のゴムローラを作成して、誘電正接、ローラ抵抗、帯電量、クリーニング性を測定した。上記実施例および比較例の配合材料、形成方法は下記の表に示す通りとした。
【００４４】
実施例１，２、比較例１，２とも、下記および表１に記載の配合材料をバンバリーミキサで混練り後、押出機にて外径φ２０ｍｍ、内径φ９．３ｍｍのチューブ状に押し出し加工を施した。該チューブを加硫用のシャフトに装着し、加硫缶にて１６０℃で１時間加硫を行った後、導電性接着剤を塗布したφ１０ｍｍのシャフトに装着して１６０℃のオーブン内で接着した。その後、端部を成型し、円筒研磨機でトラバース研磨、仕上げ研磨として鏡面研磨を施し、φ１６ｍｍ（公差０．０５）で各々所定の表面粗さに仕上げた。得られた導電性ゴムロールの表面粗さＲｚは３〜５μｍであった。なお表面粗さＲｚはＪＩＳ  Ｂ  ０６０１（１９９４）に従って測定した。
【００４５】
ローラ表面を水洗いした後、紫外線照射を行い表層に酸化層を形成した。これは紫外線照射機（セン特殊光源（株）製「ＰＬ２１−２００」）を用い、ローラと紫外線ランプ間の距離を１０ｃｍとして周方向９０度毎に紫外線（波長１８４．９ｎｍ）を所定の時間、照射することによって行い、ローラを９０度ずつ４回回転させてローラ全周（３６０度）に酸化膜を形成させた。表１中の照射時間は一面当たり（９０度範囲）の照射時間を指す。
【００４６】
【表１】
2005258402.tif 000003
【００４７】
各実施例および比較例の導電性ゴムロールにおける構成成分としては以下のものを用いた。
・エピクロルヒドリンゴム（ＧＥＣＯ）；ダイソー（株）製「エピクロマーＣＧ１０２」（かかるゴム成分はエチレンオキサイド（ＥＯ）／エピクロルヒドリン（ＥＰ）／アリルグリシジルエーテル（ＡＧＥ）の共重合比率が５６モル％／４０モル％／４モル％であるエピクロルヒドリン系重合体である。）
・粉末硫黄（加硫剤）
・エチレンチオウレア（加硫剤）；川口化学製アクセル２２−Ｓ
・ハイドロタルサイト（受酸剤）；協和化学工業（株）製「ＤＨＴ−４Ａ−２」
・含水ケイ酸アルミニウム化合物；
サウスイースタン  クレー(Southeastern clay)社製  ハードクレー「クラウン」
（かかるクレーの分子式はＡｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２・２Ｈ２Ｏである。）
・導電性カーボンブラック；東海カーボン（株）製「シースト３」
・炭酸カルシウム；丸尾カルシウム（株）製「スーパーＳ」
【００４８】
「電気抵抗の測定」
図５に示すように芯金２を通したゴム層１をアルミドラム３上に当接搭載し、電源４の＋側に接続した内部抵抗ｒ（１００Ω）の導線の先端をアルミドラム３の一端面に接続すると共に電源４の−側に接続した導線の先端を導電性ローラ１の他端面に接続して測定した。
上記電線の内部抵抗ｒにかかる電圧を検出し、検出電圧Ｖとした。この装置において印加電圧をＥとすると、電気抵抗ＲはＲ＝ｒ×Ｅ／（Ｖ−ｒ）となるが、今回−ｒの項は微少とみなし、Ｒ＝ｒ×Ｅ／Ｖとした。芯金２の両端に５００ｇずつの荷重Ｆをかけ３０ｒｐｍで回転させた状態で、印加電圧Ｅを５００Ｖまたは１００Ｖとした時の検出電圧Ｖを４秒間で１００個測定し、上式によりＲを算出した。なお、上記測定は温度２３℃、相対湿度５５％の恒温恒湿条件下で行った。
【００４９】
「誘電正接の測定」
図６に示すようにゴムローラ５１を載置している金属板５３とシャフト５２とを電極とし、ゴムローラ５１に電圧５Ｖ、周波数１００Ｈｚの交流電圧を印加し、ＬＣＲメータ（安藤電気製「ＡＧ−４３１１Ｂ」）にてＲ（抵抗）成分とＣ（コンデンサー）成分を分離して測定した。このＲとＣの値から以下の式により誘電正接やインピーダンス、位相角度等を求めた。測定温度は２３℃〜２４℃（室温）で行った。
誘電正接（ｔａｎδ）＝Ｇ／（ωＣ）
Ｇ＝１／Ｒ
このように、誘電正接は１本のローラの電気特性をローラの抵抗成分とコンデンサー成分の２種の並列等価回路としてモデル化した際にＧ／ωＣとして求まる値である。
なお、クリーニングブレードの誘電正接を測定する場合も前記と同様で、クリーニングブレードを貼り付けた芯かねクリーニングブレードの表層部分に電圧５Ｖ、周波数１００Ｈｚで交流電圧を印加して測定した。
【００５０】
「付着トナーの除電性の評価」
帯電されているトナーが本発明の導電性ゴム部材付着した際にどの程度除電されるかを調査するため下記試験を行った。市販のレーザープリンター（セイコーエプソン製  ＬＰ２０００Ｃ）に実施例及び比較例の各ゴムローラを帯電ローラとして装着した。ついで、５０枚の５％印字後に２５％ハーフトーン画像を印刷し、その段階で帯電ローラに付着しているトナーの帯電量を測定し評価パラメータとした。
具体的には、ブラックのハーフトーン画像の印刷後レーザープリンターから帯電ローラをはずし、帯電ローラに対して上方から吸引型帯電量測定機（トレック社製「Ｑ／ｍ  ＭＥＴＥＲ  Ｍｏｄｅｌ  ２１０ＨＳ−２」）によりトナーを吸引し、５分経過後の帯電量（μＣ）とトナー重量（ｇ）を測定した。重量当たりの静電気量を帯電量（μＣ／ｇ）として算出した。すなわち、帯電量（μＣ／ｇ）＝帯電量（μＣ）／トナー重量（ｇ）である。
【００５１】
「ブレードによるクリーニング性」
市販のレーザープリンター（セイコーエプソン製  ＬＰ２０００Ｃ）に実施例及び比較例の各ゴムローラを帯電ローラとして装着した。ついで５０枚の５％印字後に２５％ハーフトーン画像を印刷し、その後、レーザープリンターから帯電ローラをはずした。この帯電ローラにウレタン製のブレードを１．５ｇ／ｃｍ２で圧接させて帯電ローラの表面に付着しているトナーをかき取った。その後、帯電ローラの表面にどの程度のトナーが残留しているかを目視で評価した。トナーの残留が認められなかったものを「◎」、トナーの残留がわずかしか認められなかったものを「○」、トナーの残留が認められたものを「△」、トナーが多く残留していたものを「×」とした。
【００５２】
表１から明らかなように、誘電正接調整用充填剤として含水ケイ酸アルミニウム化合物（ハードクレー）と炭酸カルシウムとをを配合した実施例１は誘電正接が２．１、含水ケイ酸アルミニウム化合物だけを配合した実施例２の誘電正接が２．８であった。これに対して、誘電正接調整用充填剤を配合しなかった比較例１の誘電正接は２．０未満の１．７、比較例２は０．５０であった。よって、本発明にかかる導電性ゴムロールにおいては付着したトナーの帯電量は実施例１が−７．０μＣ／ｇ、実施例２が−３．５μＣ／ｇと低下しているのに対して、比較例１は−１８．０μＣ／ｇ、比較例２は−２７．５μＣ／ｇとあまり低下していない。即ち、比較例１、２の場合に比べて、実施例１、２では１／７．９〜１／２．６と低減でき、有効に除電が行われたことが確認できた。よって、除電されたトナーはブレード等により容易に除去できることがわかる。
さらに、実施例１および２で作製した導電性ゴムロールについての上記「ブレードによるクリーニング性」試験で回収したトナーをカートリッジに再充填して使用したが極めて良好な画像が得られた。このことから、クリーニング工程におけるトナーの劣化が十分に抑えられたことが確認できた。
また、実施例１および２のローラを帯電ロールとして使用した場合も良好な帯電性が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】ローラ形状の本発明の導電性ゴム部材の概略図である。
【図２】本発明の導電性ゴムローラを感光体のクリーニング部材として搭載したカラー用画像形成装置の模式図である。
【図３】本発明の導電性ゴムローラが帯電ロールとしての機能も有する場合において当該導電性ゴムローラを帯電ロールとして搭載したカラー用画像形成装置の模式図である。
【図４】本発明の導電性ゴムローラを帯電ロールのクリーニング部材として搭載したカラー用画像形成装置の模式図である。
【図５】導電性ゴムローラの電気抵抗の測定方法を示す図である。
【図６】導電性ゴムローラの誘電正接の測定方法を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  導電性ゴム層
２  芯金
１０  導電性ゴム部材
１１  帯電ローラ
１２  感光体
１３  中間転写ベルト
１４  定着ローラ
１５  トナー
１９ａ、１９ｂ  転写ローラ
２０  ブレード
２１  感光体クリーナー
【図１】
2005258402.tif 000004
【図２】
2005258402.tif 000005
【図３】
2005258402.tif 000006
【図４】
2005258402.tif 000007
【図５】
2005258402.tif 000008
【図６】
2005258402.tif 000009