(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトの外周に複数の導電層を有し、電圧を印加又は電流を通電することにより、被帯電体に所定極性を付与する導電性部材において、前記複数の導電層が、高分子材料及び該高分子材料１００重量部に対して０．０１〜５重量部のイオン導電剤を含有する導電性薄膜を前記シャフト外周面上に形成し、該導電性薄膜の表面に、高分子材料及び該高分子材料１００重量部に対して０．５〜５０重量部の電子導電剤を含有する電子導電層を積層したものであり、かつ該導電性薄膜の厚さが１ｍｍ以下であり、かつ前記導電性薄膜の厚さと前記電子導電層の厚さの合計を４．０ｍｍとしたときに、導電性薄膜の厚さが０．０２〜０．５ｍｍであることを特徴とする導電性部材。
【請求項２】
導電性薄膜が含有する高分子材料及び電子導電層が含有する高分子材料が、共にポリウレタンである、請求項１記載の導電性部材。
【請求項３】
前記導電性薄膜の体積固有抵抗値が１０3〜１０10Ω・ｃｍである、請求項１又は２に記載の導電性部材。
【請求項４】
１ｃｍ幅の銅板を用い、温度２２℃、相対湿度５５％の環境下、印加電圧５００Ｖで測定した、ローラの長手方向で等間隔に６点且つ周方向で９０度毎に４点の合計２４点における電気抵抗の平均値が、１０4〜１０7Ωである請求項１〜３のいずれか記載の導電性部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は導電性部材に関し、さらに詳しくは、電圧を印加又は電流を通電することにより、被帯電体に所定の極性を付与する部材であって、電気抵抗の環境依存性及び電圧依存性が小さい上、電気抵抗の位置ばらつきも少なく、電子写真装置や静電記録装置などの画像形成装置の各種部材として好適に用いられる導電性部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、複写機、プリンタなどの電子写真装置や静電記録装置などの画像形成装置においては、帯電ローラ、現像ローラ、転写ローラ、トナー供給ローラなどの弾性を有するローラ形態の導電性部材が用いられている。このような導電性部材においては、電圧を印加又は電流を通電することにより、被帯電体に所定の極性を付与するために、その電気抵抗を１０4 〜１０10Ωのいわゆる中抵抗領域に調整することが肝要である。
従来、ローラ形態の導電性部材は、シャフトの外周に導電層が形成された構造を有しており、そして、この導電層に使用される材料としては、過塩素酸ナトリウムなどのイオン導電剤（イオン導電性材料）や、金属粉末、金属酸化物粉末、カーボンブラックなどの電子導電剤（電子伝導性材料）を添加したゴム又はポリウレタンなどの樹脂からなるエラストマーあるいはこれらの発泡体が用いられている。
【０００３】
しかしながら、このような従来の導電性部材においては、下記（１），（２）のような欠点があった。
（１）導電層に電子導電剤を添加する場合、その添加量によって導電性部材の電気抵抗が大きく変化するため、中抵抗領域に調整するのが困難であり、たとえ調整できたとしても、部材表面における電気抵抗にばらつき (以下、「電気抵抗の位置ばらつき」という。）が生じたり、部材への印加電圧による電気抵抗の変動 (以下、「電気抵抗の電圧依存性」という。）が大きい。
（２）一方、導電層にイオン導電剤を添加する場合、導電性部材の電気抵抗を中抵抗領域に調整することができるが、電気抵抗を比較的低く設定したい場合 (具体的には１０7 Ω以下）には調整が困難である上、低温低湿環境（１５℃、１０％）及び常温常湿環境 (２２℃、５５％）での電気抵抗の変動（以下、「 電気抵抗の環境依存性」という。）が大きい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような状況下で、電圧を印加又は電流を通電することにより、被帯電体に所定の極性を付与する部材であって、電気抵抗の環境依存性及び電圧依存性が小さい上、電気抵抗の位置ばらつきも少なく、電子写真装置や静電記録装置などの画像形成装置の各種部材として好適に用いられる導電性部材を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記の優れた性能を有する導電性部材を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、イオン導電剤を含有する特定の厚さの導電性薄膜の表面に電子導電剤を含有する電子導電層を積層することにより、電子導電層のみの場合に生じる電気抵抗の電圧依存性と位置ばらつき、及びイオン導電剤を含有する導電層のみの場合に生じる電気抵抗の環境依存性が相殺されること、したがって、上記導電性薄膜表面に電子導電層を積層してなる導電層を有する部材が、その目的に適合しうることを見出した。本発明はかかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち、本発明は、複数の導電層を有し、電圧を印加又は電流を通電することにより、被帯電体に所定極性を付与する導電性部材において、前記複数の導電層が、イオン導電剤を含有する導電性薄膜の表面に電子導電剤を含有する電子導電層を積層したものであり、かつ該薄膜の厚さが１ｍｍ以下であることを特徴とする導電性部材を提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の導電性部材は、イオン導電剤を含有する導電性薄膜の表面に電子導電剤を含有する電子導電層を積層してなる導電層を有するものである。
上記導電性薄膜は、ゴム、樹脂などの高分子材料にイオン導電剤を添加して導電性を付与した材料からなるものであって、該高分子材料については特に制限はなく、従来導電性部材において慣用されているものの中から任意に選択して用いることができる。この高分子材料としては、ポリウレタン，エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ），エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＲ），天然ゴム，ブチルゴム，ニトリルゴム，ポリイソプレンゴム，ポリブタジエンゴム，シリコーンゴム，スチレン−ブタジエンゴム，クロロプレンゴム，アクリルゴムなどのエラストマーを挙げることができる。これらは単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよいが、これらの中で、特にポリウレタンとＥＰＤＭが好適である。また、その他の高分子材料としては、フェノール樹脂，ポリエステル，ポリカーボネートなども好ましく用いることができる。
上記高分子材料として好適に用いられるポリウレタンについて説明すると、いずれの方法で製造されたものであってもよく、例えばイオン導電剤をウレタンプレポリマーに配合してプレポリマーを架橋反応させる方法、ポリオールにイオン導電剤を配合し、このポリオールをワン・ショット法にてポリイソシアネート化合物と反応させる方法などによってポリウレタンを得ることができる。
【０００７】
このポリウレタンの製造に用いられるポリヒドロキシ化合物としては、一般の軟質ポリウレタン発泡体やポリウレタンエラストマー製造に用いられるポリオール、例えば末端にヒドロキシル基を有するポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、及び両者の共重合体であるポリエーテルポリエステルポリオールが挙げられるほか、ポリブタジエンポリオールやポリイソプレンポリオール等のポリオレフィンポリオール、ポリオール中でエチレン性不飽和単量体を重合させて得られるいわゆるポリマーポリオールなどの一般的なポリオールが使用できる。また、ポリイソシアネート化合物としては、同様に一般的な軟質ポリウレタン発泡体やポリウレタンエラストマー製造に使用されるポリイソシアネート化合物、すなわち、トリレンジイソシアネート，粗製トリレンジイソシアネート，４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート，粗製４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート，炭素数２〜１８の脂肪族ポリイソイシアネート，炭素数４〜１５の脂環式ポリイソシアネート及びこれらのポリイソシアネートの混合物や変性物、例えば部分的にポリオール類と反応させて得られるプレポリマーなどが用いられる。
【０００８】
一方、イオン導電剤の例としては、テトラエチルアンモニウム，テトラブチルアンモニウム，ドデシルトリメチルアンモニウム（例えばラウリルトリメチルアンモニウム），へキサデシルトリメチルアンモニウム，オクタデシルトリメチルアンモニウム（例えばステアリルトリメチルアンモニウム），ベンジルトリメチルアンモニウム，変性脂肪酸ジメチルエチルアンモニウムなどの過塩素酸塩，塩素酸塩，塩酸塩，臭素酸塩，ヨウ素酸塩，ホウフッ化水素酸塩，硫酸塩，エチル硫酸塩，カルボン酸塩，スルホン酸塩などのアンモニウム塩、リチウム，ナトリウム，カリウム，カルシウム，マグネシウムなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属の過塩素酸塩，塩素酸塩，塩酸塩，臭素酸塩，ヨウ素酸塩，ホウフッ化水素酸塩，トリフルオロメチル硫酸塩，スルホン酸塩などが挙げられる。
これらのイオン導電剤は単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、その添加量は特に制限はないが、前記高分子材料１００重量部に対して、通常0.０１〜５重量部、好ましくは0.０５〜２重量部の範囲で選ばれる。
【０００９】
本発明においては、この導電性薄膜の厚さを１ｍｍ以下とすることが必要である。この厚さが１ｍｍを超えると薄膜のイオン導電剤が支配的になるために、電気抵抗の環境依存性が大きくなり、本発明の目的が達せられない。また、あまり薄すぎるとこの導電性薄膜を設けた効果が充分に発揮されない。したがって、この導電性薄膜の好ましい厚さは、0.０２〜0.５ｍｍの範囲である。
【００１０】
さらに、該導電性薄膜の体積固有抵抗値は、通常１０3 〜１０10Ω・ｃｍ、好ましくは１０4 〜１０8 Ω・ｃｍの範囲で選定される。
一方、前記導電性薄膜の表面に設けられる電子導電層は、高分子材料に電子導電剤を添加して導電性を付与した材料からなるものであって、該高分子材料としては、前記導電性薄膜に用いる高分子材料について説明したものと同じものを用いることができる。
また、電子導電剤の例としては、ケッチェンブラック，アセチレンブラックなどの導電性カーボン；ＳＡＦ，ＩＳＡＦ，ＨＡＦ，ＦＥＦ，ＧＰＦ，ＳＲＦ，ＦＴ，ＭＴなどのゴム用カーボン；酸化処理を施したインク用カーボン，熱分解カーボン；天然グラファイトや人造グラファイトなどのグラファイト；アンチモンドープの酸化スズ，酸化チタン，酸化亜鉛などの導電性金属酸化物；ニッケル，銅，銀，ゲルマニウムなどの金属；ポリアニリン，ポリピロール，ポリアセチレンなどの導電性ポリマーなどが挙げられる。これらの電子導電剤の中では、安価であって、少量で導電性を制御しうる点から、カーボンブラックが好適である。
【００１１】
これらの電子導電剤は単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、その添加量は特に制限はないが、前記高分子材料１００重量部に対して、0.５〜５０重量部、好ましくは１〜３０重量部の範囲で選ばれる。
また、高分子材料を架橋してゴム状物質とするために架橋剤，加硫剤を添加することができる。この場合、有機過酸化物架橋及び硫黄架橋のいずれの場合でも加硫助剤，加硫促進剤，加硫促進助剤，加硫遅延剤等を用いることができる。更に、上記以外にもゴムの配合剤として一般に用いられているしゃく解剤，発泡剤，可塑剤，軟化剤，粘着付与剤，粘着防止剤，分離剤，離型剤，増量剤，着色剤等を適宜添加することができる。
また、この電子導電層には、必要により、ニグロシン，トリアミノフェニルメタン，カチオン染料などの各種荷電制御剤やシリコーン樹脂，シリコーンゴム，ナイロンなどの微粉体を添加することができる。この場合、これら添加剤の添加量は、前記高分子材料１００重量部に対して、上記荷電制御剤は１〜５重量部、上記微粉体は１〜１０重量とすることが好ましい。
【００１２】
さらに、前記電子導電層の体積固有抵抗値は、得られる導電性部材の電気抵抗が、温度１５℃、相対湿度１０％の環境下、５００Ｖの電圧印加で１０4 〜１０10Ω程度になるように選定される。
このように、イオン導電剤を含有する導電性薄膜の上に、電子導電剤を含有する電子導電層を設けることにより、電子導電層のみの場合に生じる電気抵抗の電圧依存性と位置ばらつき、及びイオン導電剤を含有する導電層のみの場合に生じる電気抵抗の環境依存性が相殺される。その結果、得られる導電性部材は、電気抵抗の環境依存性及び電圧依存性が小さい上、電気抵抗の位置ばらつきも少ないものになる。
本発明の導電性部材においては、その電気抵抗を、温度２２℃、相対湿度５５％の環境下、印加電圧５００Ｖでの測定で、１０4 〜１０7 Ωの範囲になるように設定する場合に、特に好適である。この現象の機構については必ずしも明らかではないが、イオン導電剤を含有する導電性薄膜をシャフトの外周に形成したことにより、シャフトより印加された電圧に由来する電流が該導電性薄膜を回り込むように流れ、ローラの電気抵抗としては、主に電子導電層の抵抗値が反映されるためであると推察される。
【００１３】
本発明の導電性部材においては、前記電子導電層の表面に、該部材の耐久性の向上や被帯電体に対する汚染性を防止するなどの目的で、所望により、被覆層を設けることができる。この被覆層は、主に高分子材料からなるもので、該高分子材料としては、特に制限されるものではないが、例えば尿素樹脂，メラミン樹脂，アルキッド樹脂，フェノール変性・シリコーン変性等の変性アルキッド樹脂，オイルフリーアルキッド樹脂，アクリル樹脂，シリコーン樹脂，フッ素樹脂，フェノール樹脂，ポリアミド樹脂，エポキシ樹脂，ポリエステル樹脂，マレイン酸樹脂，ウレタン樹脂等を挙げることができる。これらの中では、特に成膜性，密着性の観点から、尿素樹脂，メラミン樹脂，シリコーン樹脂，フェノール樹脂，アルキッド樹脂，変性アルキッド樹脂，オイルフリーアルキッド樹脂及びアクリル樹脂から選ばれる一種又は二種以上が好適に使用される。また、導電剤として、前記イオン導電剤及び電子導電剤のいずれも該高分子材料に添加することができる。このイオン導電剤及び電子導電剤の添加量は、それぞれ導電性薄膜及び電子導電層において説明したとおりである。
この被覆層の厚さは、通常１〜５０μｍ、好ましくは５〜１０μｍの範囲である。
【００１４】
本発明の導電性部材の形態については特に制限されず、ローラ，ドラム，ブレードなどいずれの形態であってもよく、用途に応じて適宜選択されるが、一般的には、ローラ形態のものが好ましく用いられる。
このローラ形態の導電性部材は、シャフトの外周に、前記の導電性薄膜と電子導電層とが順次積層され、さらに必要に応じ、その上に被覆層が設けられた構造を有している。
ここで、上記シャフトとしては、良好な導電性を有するものであればよく、特に制限はないが、通常は金属製の中実体からなる芯金や内部を中空にくりぬいた金属製円筒体などの金属製シャフトが用いられる。
図１は、本発明のローラ形態の導電性部材の一例を軸方向から見た正面図であり、シャフト１の外周に、イオン導電剤を含有する導電性薄膜２及び電子導電剤を含有する電子導電層３が順次積層され、さらにその上に、必要により設けられる被覆層４が形成された構造を示している。
【００１５】
次に、ローラ形態の本発明の導電性部材の製造方法の一例について説明する。
まず、適当な溶剤中に高分子材料とイオン導電剤と所望により用いられる各種添加剤を含有させた塗布液を調製し、シャフトの外周に上記塗布液をディップ法，スプレー法，ロールコーター法などにより塗布して導電性薄膜を形成させる。次いで、この上に、予め作製しておいたブロック状の、高分子材料と電子導電剤と所望により用いられる各種添加剤からなる電子導電層を接着剤層を介して配設するか、又は該電子導電層を公知の注型法により形成したのち、使用目的に応じて、その表面を研磨処理する。次に、所望により、この電子導電層の上に、高分子材料と導電剤などを含有する塗布液をディップ法，スプレー法，ロールコーター法などにより塗布して、被覆層を形成させることにより、ローラ形態の本発明の導電性部材が得られる。
本発明の導電性部材は、電圧を印加又は電流を通電することにより、被帯電体に所定の極性を付与する部材として、電子写真装置や静電記録装置などの画像形成装置における帯電ローラ，現像ローラ，転写ローラ，トナー供給ローラなどに用いられる
【００１６】
【実施例】
次に、本発明を実施例により、さらに詳しく説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
実施例１
（１）導電性薄膜用塗布液の調製
ポリエーテルポリオール（分子量５０００）１００重量部、１，４−ブタンジオール１重量部、シリコーン系界面活性剤1.５重量部、ニッケルアセチルアセトナート0.５重量部、ジブチルチンジラウレート0.０１重量部、過塩素酸塩1.５重量部及び変性４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート１7.５重量部を含有する導電性薄膜用塗布液を調製した。
（２）導電性弾性ローラの作製
ポリエーテルポリオール（分子量５０００）１００重量部、１，４−ブタンジオール１重量部、シリコーン系界面活性剤1.５重量部、ニッケルアセチルアセトナート0.５重量部、ジブチルチンジラウレート0.０１重量部、カーボンブラック３重量部及び変性４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート１7.５重量部を含有する電子導電層（弾性層）用成形材料を調製した。
次に、外径８ｍｍの金属製シャフトの外周面に、上記（１）で調製した塗布液をディップ法にて塗布、乾燥して、厚さ0.１ｍｍのイオン導電剤含有ポリウレタン薄膜を形成した。次いで、これを金型内にセットしたのち、上記電子導電層用成形材料を注入し、１００℃で１０時間加熱硬化させた。脱型後、研磨処理し、カーボンブラック（電子導電剤）含有ウレタンエラストマーからなる厚さ3.９ｍｍの電子導電層を有する導電性弾性ローラを作製した。
【００１７】
実施例２
実施例１において、イオン導電剤含有ポリウレタン薄膜の厚さを0.５ｍｍ、電子導電層の厚さを3.５ｍｍに変更した以外は、実施例１と同様にして導電性弾性ローラを作製した。
比較例１
実施例１において、イオン導電剤含有ポリウレタン薄膜の厚さを1.２ｍｍ、電子導電層の厚さを2.８ｍｍに変更した以外は、実施例１と同様にして導電性弾性ローラを作製した。
【００１８】
比較例２
実施例１における導電性薄膜用塗布液の調製において、過塩素酸塩1.５重量部の代わりに、カーボンブラック３重量部を用い、かつ弾性層用成形材料の調製において、カーボンブラック３重量部の代わりに、過塩素酸塩1.５重量部を用いた以外は、実施例１と同様に実施して、シャフトの外周に、厚さ0.１ｍｍのカーボンブラック含有ポリウレタン薄膜及びイオン導電剤含有ウレタンエラストマーからなる厚さ3.９ｍｍの導電層を積層してなる導電性弾性ローラを作製した。
【００１９】
比較例３
外径８ｍｍの金属製シャフトを金型内にセットしたのち、実施例１と同様にして調製した電子導電層用成形材料を注入し、１００℃で１０時間加熱硬化させた。脱型後、研磨処理し、カーボンブラック含有ウレタンエラストマーからなる厚さ3.９ｍｍの電子導電層を形成させた。次に、この上に、実施例１と同様にして調製した導電性薄膜用塗布液をディップ法にて塗布、乾燥して、厚さ0.１ｍｍのイオン導電剤含有ポリウレタン薄膜を形成することにより、導電性弾性ローラを作製した。
【００２０】
以上、実施例１，２及び比較例１〜３で得られた導電性弾性ローラについて、下記の方法に従って評価を行った。その結果を第１表に示す。
〈ローラの評価〉
（１）電気抵抗の平均値及びその位置ばらつき
試験用ローラの長手方向で等間隔に６点、周方向で９０度毎に４点の合計２４点における電気抵抗を、１ｃｍ幅の銅板を用い、印加電圧１０００Ｖ、温度２２℃、相対湿度５５％の条件で測定し、その平均値及び最大値と最小値の差（位置ばらつき）を求めた。
（２）電気抵抗の環境依存性
温度１５℃，相対湿度１０％の環境下及び温度２２℃、相対湿度５５％の環境下における電気抵抗を、それぞれ印加電圧５００Ｖの条件で測定し、その差を求めた。
（３）電気抵抗の電圧依存性
温度２２℃、相対湿度５５％の環境下で、印加電圧５００Ｖ及び１０００Ｖの条件で、それぞれ電気抵抗を測定し、その差を求めた。
【００２１】
【表１】
0004481375.tif 000002
【００２２】
【発明の効果】
本発明の導電性部材は、電圧を印加又は電流を通電することにより、被帯電体に所定の極性を付与する部材であって、電気抵抗の環境依存性及び電圧依存性が小さい上、電気抵抗の位置ばらつきも少なく、電子写真装置や静電記録装置などの画像形成装置の各種部材として好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の導電性部材の一例を軸方向から見た正面図である。
【符号の説明】
１：シャフト
２：イオン導電剤を含有する導電性薄膜
３：電子導電剤を含有する電子導電層
４：必要により設けられる被覆層
【図１】
0004481375.tif 000003