技術 帯電ローラ、該帯電ローラを有するプロセスカートリッジ及び画像形成装置

0001

本発明は主として電子写真方式の画像形成装置に用いられる、被帯電体に接触配置され、電圧を印加されることにより被帯電体を帯電する帯電ローラ、該帯電ローラを有するプロセスカートリッジ及び画像形成装置に関するものである。

0002

従来、電子写真方式の画像形成装置において、像保持部材としての感光体の１次帯電処理を行う帯電装置としては、ワイヤに高電圧をかけてコロナ放電を生じさせ、そのコロナに被帯電体をさらすコロナ帯電器が広く利用されてきた。

0003

近年、接触帯電式の帯電装置、即ち帯電部材を被帯電体に当接させて配置し、これに電圧を印加して被帯電体面を帯電する帯電装置の開発が進められている。接触帯電は非接触式であるコロナ帯電と比べて、被帯電体面に所望の電位を得るために必要とされる印加電圧が低い、帯電時に発生するオゾンの量も少ない等の長所があり、中でも特に帯電部材として導電性ローラを用いたローラ帯電方式が帯電の安定性という点で好ましく、広く用いられている。

0004

従来の電子写真方式の画像形成装置における帯電ローラの一例を図１２に示す。

0005

帯電ローラ１１０は、給電電極を兼ねた導電性軸１１１、弾性層１１２、コート層１１３から構成されている。従来、弾性層１１２用の樹脂としては、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、イソプレンゴム及びシリコーンゴム等のソリッドゴムが挙げられ、コート層１１３用の樹脂としては、ポリアミド樹脂、ヒドリンゴム、ウレタン及びシリコーンゴム等が挙げられる。この帯電ローラは、交流バイアスを印加すると感光体との間で騒音を発生し易く、その音を軽減するために感光体の中空部分に重りを詰める、弾性層材料としてスポンジを用い、被覆層として樹脂チューブを用いる、等の試みがなされていた。

0006

しかしながら、上記の従来の帯電ローラは硬度が大きく、また、スポンジを用いたものは表面粗度が大きくなってしまい、帯電時の感光体上の放電領域の形状は、図４に示されるように感光体長手方向に対して略直線的にならなかった。図中、４２は放電領域を示し、４１は感光体と帯電ローラのニップ部を示している。

0007

このように、放電領域が不均一であると、繰り返し使用に伴い感光体表面が不均一に削れ易く、その結果、感光体の削れ量が増加し、感光体寿命が短くなり易い。特に、プロセススピードが高速化すると、交流バイアスの周波数を高く（１０００Ｈｚ以上）する必要があるので、感光体と帯電ローラ間で起こる放電による電流量が増加し、感光体が放電により受けるダメージが大きくなるため上述の傾向はより顕著になる。

0008

本発明の目的は、上記の感光体の削れ量を低下させ、その寿命を伸ばすことのできる帯電ローラ、該帯電ローラを有するプロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することにある。

0009

即ち、本発明は、被帯電体に接触配置され、電圧を印加されることにより被帯電体を帯電する帯電ローラにおいて、該帯電ローラが導電性支持体、該導電性支持体上の弾性層、及び該弾性層上の少なくともひとつの被覆層を有し、該帯電ローラの表面粗度が８μｍ以下であり、かつ該弾性層のアスカーＣ硬度（Ａ）と該帯電ローラのマイクロゴム硬度（Ｂ）が下記式
Ａ≦４５°
Ａ＜Ｂ＜Ａ＋２０°
を満足することを特徴とする帯電ローラである。

0010

また、本発明は、上記帯電ローラを有するプロセスカートリッジ及び画像形成装置である。

0011

上記の構成により、感光体上の放電領域の形状は図３（３２は放電領域、３１は感光体と帯電ローラのニップ部）のように感光体の長手方向に対して略直線的になり、感光体表面の削れ量が低下し、感光体の寿命の延長が達成される。表面粗度が８μｍを越えると、感光体と帯電ローラの接触境界面において、帯電ローラ表面の凹凸により、図３に示すような略直線的な放電領域にすることができず、図４に示されるようにニップ部４１と放電領域４２の境界は波打ったような状態を示す。また、放電領域には、放電の集中部４３が発生し、感光体表面の削れを促進することになる。

0012

放電の集中を起こしている状態で繰り返し使用された場合の感光体表面の断面図は図５に示されており、本発明の帯電ローラを用いた場合の感光体表面の断面図は図６に示されている。図５に示すように、感光体の表面が不均一に削れてしまった場合には、感光体の表面はクリーニングブレードなどによって、よりダメージの大きい部分にならって削られてしまうので、その削れ量は、図６に示すような均一なダメージを受けた場合よりも大きくなる。

0013

また、表面粗度が８μｍ以下という条件を満たしていても、被覆層形成前の帯電ローラにおける弾性層のアスカーＣ硬度（Ａ）と全ての層を形成した帯電ローラのマイクロゴム硬度（Ｂ）との間に、
Ａ＜Ｂ
という関係を満たしていない場合には、弾性層が十分につぶれず、帯電ローラと感光体との接触面（ニップ部）に隙間が生じ易い。また、
Ｂ＜Ａ＋２０°
という関係を満たしていない場合には、被覆層部分が弾性層に比べて硬度が高過ぎ、弾性層のみつぶれ、被覆層部分が十分つぶれず、帯電ローラと感光体との接触面（ニップ部）に隙間が生じる。特に弾性層のアスカーＣ硬度（Ａ）と被覆層形成後のマイクロゴム硬度（Ｂ）の関係が感光体表面の削れ量に及ぼす影響は、後述の実施例及び比較例の結果に基づいて得られた図７に示されている感光体表面のドラム削れ量と（Ｂ−Ａ）の関係より分かる。つまり、図７によると（Ｂ−Ａ）の値が大きくなると削れ量は大きくなる傾向にあり、Ｂ−Ａ＝２０°付近で傾きが変化し、Ｂ−Ａ≧２０°では特に、感光体表面の削れ量が大きくなっていることが分かる。また、
Ａ≦４５°
という関係を満たしていない場合には、帯電ローラ全体の硬度が高すぎ、帯電ローラ全体のつぶれ量が小さくなり、帯電ローラと感光体との接触面（ニップ部）に隙間が生じ易くなる。

0014

このように帯電ローラと感光体との接触面（ニップ部）に隙間が生じた場合には、図８に示されているようにニップ部にも島状の放電領域７１が生じてしまう。島状の放電領域７１は、放電領域の増加及び放電の集中を引き起こし、表面粗度が８μｍを越える場合と同様に感光体のダメージを部分的に促進してしまうので、感光体の削れ量は大きくなってしまう。

0015

本発明における表面粗度は８μｍ以下であるが、製造の容易性の点で０．１μｍ以上であることが好ましく。特には０．１〜３μｍであることが好ましい。

0016

また、弾性層のアスカーＣ硬度は４５°以下であるが、製造の容易性の点で１０〜４５°であることが好ましく、特には２０〜４５°であることが好ましい。

0017

更に、全ての層のマイクロゴム硬度はアスカーＣ硬度より大きく６５°未満であるが、特には４５〜５５°であることが好ましい。

0018

なお、本発明における表面粗度はＪＩＳ Ｂ０６０１で規定される１０点平均粗さに基づくものであるが、ＫＯＳＡＫＡ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ製Ｓｕｒｆｃｏｒｄｅｒ（ＳＥ３３００）を用いて、帯電ローラの周方向４箇所とそれぞれの長手方向３箇所（中央部及び両端部）の計１２箇所について測定長２．５ｍｍで測定した１０点平均粗さの平均値とする。

0019

また、アスカーＣ硬度はＪＩＳ Ｋ６０５０で規定されるスプリング式硬度計アスカーＣ型（高分子計器製）を用いて測定される硬度である。本発明においては荷重を５００ｇとし、被覆層を設けずに、導電性支持体上に弾性層のみを有する帯電ローラについて直接測定した。

0020

更に、マイクロゴム硬度はＫＯＢＵＮＳＨＩＫＥＩＫＩ製ＭＩＣＲＯ ＤＵＲＯＭＥＴＥＲ（ＭＤ−１）を用いて全ての層を設けた帯電ローラを直接測定した。

0021

本発明の帯電ローラ１２の断面図の例を図２に示す。図２において帯電ローラ１２は８φの給電電極を兼ねた導電性支持体１２ａ上に１４．０φになるように弾性層１２ｂ及び被覆層１２ｃを有する。

0022

弾性層１２ｂは、上記物性を満足するものであればいずれものでも良く、材料としてはエチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）、シリコーンゴム、ウレタンゴム及びエピクロル−ヒドリンゴム等が挙げられるが、Ａ≦４５°を満たすためにはこれらの樹脂やゴムの発泡加硫させたスポンジであることが好ましい。

0023

また、弾性層の厚みは２．０〜１０ｍｍであることが好ましく、厚すぎると抵抗値が高くなり易く、薄すぎると硬度が十分低くなりにくくなる。なお、本発明における弾性層の導電性を調整する方法としては、弾性層にカーボンブラック、金属及び金属酸化物等の導電性物質を含有させること等が挙げられる。

0024

被覆層１２ｃは弾性層１２ｂ上に設けられる層であり、弾性層１２ｂからのオイルの浸みだしの防止をはかると共に弾性層１２ｂの抵抗ムラをキャンセルし、抵抗の均一化をはかる、帯電ローラ１２の表面を保護する、帯電ローラの硬度を調整する、等の機能を果たしている。被覆層１２ｃは上記物性を満足するものであれば、いずれのものでも良く、ひとつの層でも、複数の層でも良い。材料としてはヒドリンゴム、ウレタンゴム及びナイロン樹脂等が挙げられる。また、被覆層１２ｃの厚みは１００〜１０００μｍであることが好ましく、抵抗値は１０5〜１０9 Ω・ｃｍであることが好ましい。また、表層に近づくにつれ抵抗値は大きくなっていることが好ましい。抵抗を調整する方法としては、被覆層にカーボンブラック、金属及び金属酸化物等の導電性物質を含有させること等が挙げられる。

0025

図１に本発明の画像形成装置であるレーザービームプリンターの概略構成の例を示す。

0026

図１において、画像形成装置は被帯電体である導電性支持体１１ａ上に感光層１１ｂを形成した電子写真感光体１１、直流電圧と交流電圧を重畳した脈流電圧を印加する帯電電源１８に接続された本発明の帯電ローラ１２、露光光１３、現像電源１９に接続された現像装置１４、転写電源２０に接続された転写装置１５、クリーナー１６、紙搬送ガイド２１及び２２、及び定着装置１７を主要素として構成されている。

0027

以上のように構成された画像形成装置において感光体１１は一定方向に回転し、帯電ローラ１２は感光体１１に圧接従動しながら感光体１１の表面を均一に帯電する。その後、像露光装置（不図示）からの露光光１３により感光体１１上に静電潜像が形成される。静電潜像は、現像装置１４により現像剤粉体であるトナーの像として顕像化され、そのトナー像は搬送ガイド２１により感光体１１と転写ローラ１５の間に搬送された転写材２３上に転写される。その後、転写材２３は搬送ガイド２２上を移動し、定着装置１７に導入され、転写材２３は定着装置１７で加圧加熱されることでトナー像として転写材２３上に定着される。一方、感光体１１上に残った廃トナーはクリーナー１６により回収される。

0028

本発明においては、上述の感光体１１、帯電ローラ１２、現像装置１４及びクリーナー１６等の構成要素のうち、複数のものをプロセスカートリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカートリッジを複写機やレーザービームプリンター等の画像形成装置本体に対して着脱自在に構成しても良い。例えば、現像装置１４及びクリーナー１６の少なくとも一方を感光体１１及び帯電ローラ１２と共に一体に支持してカートリッジ化し、画像形成装置本体に設けたレール等の案内手段を用いて画像形成装置本体に着脱自在なプロセスカートリッジとすることができる。

0029

（実施例１及び比較例１）本実施例では、３０φのアルミニウムシリンダー上に下引層、該下引層上に電荷発生層、該電荷発生層上に結着樹脂としてビスフェノールＺ型ポリカーボネート樹脂を用いた電荷輸送層を有する有機感光体を有する、プロセススピードが約１００ｍｍ／ｓｅｃのレーザービームプリンターに下述の帯電ローラを搭載し、Ａ３画像を繰り返しプリントした。この帯電ローラには、周波数１０００Ｈｚ、ピーク間電圧（ＶPP）２５００Ｖの交流電圧と約−７００Ｖの直流電圧を重畳して印加した。また、片側６００ｇのバネと帯電ローラの自重により、感光体と帯電ローラの接触圧を１３５０ｇとした。

0030

図９は本発明の帯電ローラ８０の層構成を示す断面図である。

0031

帯電ローラ８０は３層で構成され、給電電極を兼ねた導電性支持体８１上に弾性層８２、被覆層８３及び８４を順次有し、外径約１４φ、長さ３１０ｍｍである。また、帯電ローラ８０は弾性層８２と被覆層８３を同時に押し出した後、金型内で発泡加硫させ、その後被覆層８４をロールコーティング法によって形成した。

0032

図９の構成において、導電性支持体８１は８φのニッケルメッキ鋼棒、弾性層８２は厚さ２．５ｍｍ、抵抗１０6 Ω・ｃｍで、導電性カーボンブラックを分散した発泡加硫したＥＰＤＭスポンジ、被覆層８３は厚さ２５０μｍ、抵抗１０7Ω・ｃｍで、導電性酸化スズを分散したヒドリンゴム、被覆層８４は厚さ１０μｍ、抵抗１０8 Ω・ｃｍで、導電性カーボンブラックを分散したナイロン樹脂である。

0033

ここで、被覆層８３は弾性層８２からのオイルの浸みだしの防止をはかると共に弾性層８２の抵抗ムラの均一化をはかっている。被覆層８４は感光体に対する耐圧を高める機能を持ち、被覆層８３による感光体汚染を防止すると共に帯電ローラ８０の表面を保護する機能を果たしている。

0034

帯電ローラ８０は、表面粗度（１０点平均粗さ）を８μｍ以下とするために被覆層８３の硬度を大きくすることによって、被覆層８３の表面粗度を小さくしている。それにより、被覆層８４を形成した後の帯電ローラの表面粗度を６μｍにすることができた。一方、被覆層８３の硬度を大きくしなかった以外は帯電ローラ８０と同様にして作製した帯電ローラ８０ａは、表面粗度が１０μｍとなった。これらの２つの帯電ローラの硬度Ａ及びＢ、及びこれらを用いた際の感光体表面の削れ量の結果を表１に示す。なお、感光体の削れ量は、初期の感光体の膜厚と１０００（１Ｋ）枚プリント後の感光体の膜厚の差で定義されている。なお、膜厚は渦電流方式膜厚測定計（インスコープＭＰ３型、フィッシャー社製）により測定した。

0035

0036

上記のように本発明の帯電ローラ８０は、帯電ローラ８０ａと比較して、４０％の感光体削れ量の軽減が達成できている。これにより、感光体の寿命を伸ばすことが可能となった。

0037

（実施例２及び比較例２）本実施例では、実施例１と同様のレーザービームプリンターを用いた。但し、プロセススピードを約１５０ｍｍ／ｓｅｃとし、感光体には下述の帯電ローラを接触させた。この帯電ローラには、周波数１５００Ｈｚの交流電圧と約−７００Ｖの直流電圧を重畳して印加した。なお、ＶPPは放電電流量が実施例１と同様になるように設定した。

0038

図１０は本発明の帯電ローラ９０の層構成を示す断面図である。

0039

帯電ローラ９０は３層で構成され、給電電極を兼ねた導電性支持体９１上に弾性層９２、被覆層９３及び９４を順次有し、外径約１４φ、長さ３１０ｍｍである。また、帯電ローラ９０は弾性層９２を発泡加硫させた後、被覆層９３及び９４をディップコーティング法によって形成した。

0040

図１０の構成において、導電性支持体９１は８φのニッケルメッキ鋼棒、弾性層９２は厚さ３．０ｍｍ、抵抗１０6 Ω・ｃｍで、導電性カーボンブラックを分散した発泡ウレタンスポンジ、被覆層９３は厚さ２５０μｍ、抵抗１０7 Ω・ｃｍで、カーボンブラックを分散したウレタンアクリル、被覆層９４は厚さ１０μｍ、抵抗１０8 Ω・ｃｍで、導電性カーボンブラック及び導電性酸化チタンを分散したナイロン樹脂である。

0041

ここで、被覆層９３は弾性層９２からのオイルの浸みだしの防止をはかると共に弾性層９２の抵抗ムラの均一化をはかっている。被覆層９４は感光体に対する耐圧を高める機能を持ち、被覆層９３による感光体の汚染を防止すると共に帯電ローラ９０の表面を保護する機能を果たしている。

0042

帯電ローた９０は、被覆層９３の硬度を下げることによって帯電ローラ硬度を下げ、更には表面粗度を小さくしている。表面粗度（１０点平均粗さ）は１．５μｍ、弾性層のアスカーＣ硬度は４５°、全ての層を形成した後の帯電ローラのマイクロゴム硬度は５５°である。

0043

この構成から被覆層９４をなくし、弾性層硬度は上記と変えず、被覆層９３の硬度を上げ、表面粗度を８μｍ以下となるように帯電ローラ９０ａを作った。帯電ローラ９０ａは硬度Ｂが７０°となり、表面粗度は４．５μｍとなっている。つまり、表面粗度に関しては、８μｍ以下となっているが、Ａ及びＢの条件を満たすことができていない。

0044

これらの２つの帯電ローラ９０と９０ａを用いた際の感光体表面の削れ量を評価した結果を表２に示す。

0045

0046

上記のように本発明の帯電ローラ９０は帯電ローラ９０ａに比べて、感光体の削れ量が約７０％となっており、感光体の寿命を伸ばすことが可能となっている。

0047

（実施例３及び比較例３）本実施例では、実施例１と同様のレーザービームプリンターを用いた。但し、感光体には下述の帯電ローラを接触させた。

0048

図１１は本発明の帯電ローラ１００の層構成を示す断面図である。

0049

帯電ローラ１００は２層で構成され、給電電極を兼ねた導電性支持体１０１上に弾性層１０２、被覆層１０３を順次有し、外径約１４φ、長さ３１０ｍｍである。また、帯電ローラ１００は弾性層１０２を発泡加硫させた後研磨し、その後被覆層１０３をディップコーティング法によって形成した。なお、この帯電ローラにおいては、弾性層１０２を成形後、研磨することで弾性層１０２の表面性を良化させ、８μｍ以下の表面粗度を達成した。

0050

図１１の構成において、導電性支持体１０１は８φのニッケルメッキ鋼棒、弾性層１０２は厚さ３．０ｍｍ、抵抗１０6 Ω・ｃｍで、導電性カーボンブラックを分散した発砲ウレタンゴム、被覆層１０３は厚さ２５０μｍ、抵抗１０7 Ω・ｃｍで、導電性カーボンブラックを分散したウレタンアクリルである。

0051

ここで、被覆層１０３は弾性層１０２からのオイルの浸みだしの防止をはかると共に弾性層１０２の抵抗ムラの均一化をはかっている。

0052

帯電ローラ１００は表面粗度（１０点平均粗さ）７．０μｍ、弾性層のアスカーＣ硬度は４５°、全ての層を形成した後の帯電ローラのマイクロゴム硬度は６２°である。

0053

そこで、この帯電ローラ１００と比較例２で用いた帯電ローラ９０ａを用いた際の感光体表面の削れ量を評価した結果を表３に示す。

0054

0055

上記のように本発明の帯電ローラ１００は帯電ローラ９０ａに比べて感光体の削れ量が約７５％となっており、感光体の寿命を伸ばすことが可能となる。
（比較例４）ＥＰＤＭスポンジの発泡倍率を下げて、弾性層のアスカーＣ硬度を５０°とした以外は実施例１と同様にして帯電ローラを作製し、評価した。結果を表４に示す。

0056

0057

以上説明したように、本発明の帯電ローラ、該帯電ローラを有するプロセスカートリッジ及び画像形成装置によれば、感光体の削れ量の軽減が可能となり、感光体の寿命の延長も達成できる。

0058

図１本実施例に用いた画像形成装置の概略構成の例を示す。
図２本発明の帯電ローラの模式断面図を示す。
図３本発明における感光体上の放電跡形状である。
図４大きい表面粗度を有する帯電ローラを用いた際の感光体上の放電跡形状である。
図５不均一な放電を受けた感光体表面の断面図を示す。
図６本発明の帯電ローラを用いた際の感光体表面の断面図を示す。
図７１０００枚プリント後の感光体の削れ量と硬度の差（Ｂ−Ａ）の関係を示す。
図８硬度の条件を満たしていない場合の放電跡形状である。
図９実施例１に用いた帯電ローラの模式断面図を示す。
図１０実施例２に用いた帯電ローラの模式断面図を示す。
図１１実施例３に用いた帯電ローラの模式断面図を示す。
図１２従来例の帯電ローラの模式断面図を示す。