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特許6229621帯電ロール、帯電装置、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6229621
(24)【登録日】2017年10月27日
(45)【発行日】2017年11月15日
(54)【発明の名称】帯電ロール、帯電装置、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置
(51)【国際特許分類】
   G03G 15/02 20060101AFI20171106BHJP
【FI】
   G03G15/02 101
   G03G15/02 103
【請求項の数】6
【全頁数】20
(21)【出願番号】特願2014-170883(P2014-170883)
(22)【出願日】2014年8月25日
(65)【公開番号】特開2016-45425(P2016-45425A)
(43)【公開日】2016年4月4日
【審査請求日】2016年7月22日
(73)【特許権者】
【識別番号】000005496
【氏名又は名称】富士ゼロックス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】特許業務法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】寺井 雄司
(72)【発明者】
【氏名】齊藤 陽平
【審査官】 飯野 修司
(56)【参考文献】
【文献】 特開2003−255667(JP,A)
【文献】 特開2012−103369(JP,A)
【文献】 特開2009−128512(JP,A)
【文献】 特開2008−139456(JP,A)
【文献】 特開平07−244417(JP,A)
【文献】 米国特許出願公開第2014/0037320(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G03G 15/02
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
円筒又は円柱状の芯体と、前記芯体の外周面上に円筒状に配置された両端部の領域での厚みが両端部以外の領域での厚みよりも薄い弾性層と、を少なくとも有し、
前記芯体の軸方向に沿って最外層の外形形状を測定したときに、前記最外層の両端部以外の領域における外周面の前記芯体の軸方向の外形曲線を前記最外層の両端部まで延長した近似曲線に対し、前記最外層の両端部における外形曲線の最大増加量が60μm以下であり、
前記最外層の両端部における前記外形曲線の最大増加量を示す位置での外周面の摩擦係数が0.3以下、且つ、前記摩擦係数の周方向の変動量が30%以下である、
帯電ロール。
【請求項2】
前記最外層として、前記弾性層上に配置された表面層を有する請求項1に記載の帯電ロール。
【請求項3】
前記表面層の膜厚が0.5μm以上100μm以下である請求項2に記載の帯電ロール。
【請求項4】
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の帯電ロールと、
前記帯電ロールの外周面と接触し、前記帯電ロールの回転に伴って回転することで前記帯電ロールの外周面を清掃する清掃部材と、
を備える帯電装置。
【請求項5】
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の帯電ロールを備え、画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジ。
【請求項6】
像保持体と、
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の帯電ロールを有し、前記帯電ロールを前記像保持体の表面に接触させて前記像保持体を帯電させる帯電手段と、
帯電した前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、
静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段と、
前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、
前記記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着手段と、
を備える画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、帯電ロール、帯電装置、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、被帯電体に接触して該被帯電体との間に接触ニップ部を形成するとともに前記被帯電体の回転によって従動回転する帯電ローラを有し、該帯電ローラに電圧を印加することによって前記被帯電体を帯電してなる接触帯電装置において、前記帯電ローラの端部側の外周面に、周方向に沿って環状に形成されるとともに、前記接触ニップ部に交差する高摩擦部を設ける、ことを特徴とする接触帯電装置が開示されている。
【0003】
特許文献2には、帯電ローラがローラの両端部の外周にそれぞれ取り付けた所定の厚さのギャップ管理部材を介して像担持体に接触し、その帯電ローラと像担持体との間に電圧を印加して該像担持体を帯電する帯電装置を備えた画像形成装置において、前記像担持体の一端部に駆動ギヤを固定すると共に前記帯電ローラの一端部に前記駆動ギヤに噛み合う従動ギヤを固定したことを特徴とする画像形成装置が開示されている。
【0004】
特許文献3には、静電潜像を担持する像担持体と、上記像担持体の表面に当接してこの像担持体に従動回転する帯電ローラとを備えた画像形成装置において、上記帯電ローラの表面における水の接触角は、上記像担持体の表面における水の接触角以下であることを特徴とする画像形成装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平06−202440号公報
【特許文献2】特開2002−049215号公報
【特許文献3】特開2007−298775号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、最外層の端部における破断の発生が抑制される帯電ロール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】
【0007】
請求項1に係る発明は、円筒又は円柱状の芯体と、前記芯体の外周面上に円筒状に配置された両端部の領域での厚みが両端部以外の領域での厚みよりも薄い弾性層と、を少なくとも有し、前記芯体の軸方向に沿って最外層の外形形状を測定したときに、前記最外層の両端部以外の領域における外周面の前記芯体の軸方向の外形曲線を前記最外層の両端部まで延長した近似曲線に対し、前記最外層の両端部における外形曲線の最大増加量が60μm以下であり、前記最外層の両端部における前記外形曲線の最大増加量を示す位置での外周面の摩擦係数が0.3以下、且つ、前記摩擦係数の周方向の変動量が30%以下である、帯電ロールである。
請求項2に係る発明は、前記最外層として、前記弾性層上に配置された表面層を有する請求項1に記載の帯電ロールである。
請求項3に係る発明は、前記表面層の膜厚が0.5μm以上100μm以下である請求項2に記載の帯電ロールである。
【0008】
請求項に係る発明は、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の帯電ロールと、前記帯電ロールの外周面と接触し、前記帯電ロールの回転に伴って回転することで前記帯電ロールの外周面を清掃する清掃部材と、を備える帯電装置である。
請求項に係る発明は、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の帯電ロールを備え、画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジである。
請求項に係る発明は、像保持体と、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の帯電ロールを有し、前記帯電ロールを前記像保持体の表面に接触させて前記像保持体を帯電させる帯電手段と、帯電した前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段と、前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、前記記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着手段と、を備える画像形成装置である。
【発明の効果】
【0009】
請求項1、2又はに係る発明によれば、最外層の両端部以外の領域における外形形状から得た近似曲線に対する最外層の両端部における外形曲線の最大増加量が60μm以下、最外層の両端部における前記外形曲線の最大増加量を示す位置での外周面の摩擦係数が0.3以下、及び、最外層の両端部における前記外形曲線の最大増加量を示す位置での外周面の摩擦係数の周方向の変動量が30%以下のいずれか1つでも満たさない場合に比べ、最外層の端部における破断の発生が抑制される帯電ロールが提供される。
【0010】
請求項又はに係る発明によれば、最外層の両端部以外の領域における外形形状から得た近似曲線に対する最外層の両端部における外形曲線の最大増加量が60μm以下、最外層の両端部における前記外形曲線の最大増加量を示す位置での外周面の摩擦係数が0.3以下、及び、最外層の両端部における前記外形曲線の最大増加量を示す位置での外周面の摩擦係数の周方向の変動量が30%以下のいずれか1つでも満たさない帯電ロールを適用した場合に比べ、帯電ロールの最外層の端部における破断に起因する画像欠陥の発生が抑制される帯電装置、プロセスカートリッジ又は画像形成装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1】本実施形態に係る帯電ロールの構成の一例を示す概略斜視図である。
図2】芯体の軸方向における表面層の外形形状と近似曲線の一例を示す図である。
図3図2においてXで囲まれた端部を拡大して端部増加量を示す図である。
図4】クロスヘッドを備えた押出成形機の構成の一例を示す概略図である。
図5】加硫前の弾性層を保持して切断する位置の一例を示す概略図である。
図6】本実施形態に係る帯電装置の構成の一例を示す概略図である。
図7】本実施形態に係る画像形成装置の構成の一例を示す概略図である。
図8】本実施形態に係るプロセスカートリッジの構成の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明の実施形態に係る帯電ロール、帯電装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置の一例について詳細に説明する。
【0013】
[帯電ロール]
本実施形態に係る帯電ロールは、円筒又は円柱状の芯体と、芯体の外周面上に円筒状に配置された弾性層と、を少なくとも有し、前記芯体の軸方向に沿って最外層の外形形状を測定したときに、前記最外層の両端部以外の領域における外周面の前記芯体の軸方向の外形曲線を前記最外層の両端部まで延長した近似曲線に対し、前記最外層の両端部における外形曲線の最大増加量が60μm以下であり、前記最外層の両端部における前記外形曲線の最大増加量を示す位置での外周面の摩擦係数が0.3以下、且つ、前記摩擦係数の周方向の変動量が30%以下である。
【0014】
通常、帯電ロールは芯体の両端部が樹脂製の軸受によって支持され、像保持体にバネを用いて押し当てられ、像保持体に対して従動回転させて使用されている。帯電ロールは両端部が支持され像保持体に押し付けられるため、芯体が撓む。この撓み量を補正するため例えば、弾性層をクラウン形状として、帯電ロールと像保持体との接触部の均一性を確保している。
【0015】
像保持体に対する帯電ロールは本来従動回転すべきものであるが、近年の高耐久化により、長期使用され、それに伴い帯電ロールの軸受部に異物が混入し、帯電ロールの回転を妨げる場合がある。さらに近年、ロール形状で帯電ロールに対して従動回転する帯電ロール清掃部材を装備する場合があり、帯電ロールの場合と同様にこの帯電ロール清掃部材の軸受部で回転を阻害するような事態が発生した場合は、帯電ロール清掃部材が帯電ロールの回転を妨げる状態となり、結果として帯電ロールは像保持体の回転に対して従動回転することが妨げられ、周速差をもって回転することとなる。
【0016】
帯電ロールが像保持体に対して周速差(帯電ロールの周速<像保持体の周速)をもって回転した場合、帯電ロールには回転方向にせん断力が働く。この場合、接触圧力の強い部分、すなわち端部で外径が増大している形状変化のある場合や、表面層の被覆状態に起因する回転方向で摩擦係数にムラがあり、摩擦係数が変化する場合により強いせん断力が働くことになる。この結果、弾性層の破断強度を超え、表面層又は弾性層が破壊されるといった事態が生じることとなる。
【0017】
上記のように帯電ロールが像保持体に対して周速差がつき、従動回転せずに像保持体との接触部において回転方向のせん断力を受けることが最外層の端部で破壊が発生する原因であると考えられる。最外層の端部における破断の発生を抑制する方法として、例えば、弾性層の強度を向上させる対応策が考えられるが、帯電ロールとして要求される特性値を得るために、安易に弾性層の特性を変更することは好ましくない。弾性層の強度を変更することなく、像保持体と帯電ロールとの間に周速度差が生じた場合においても表面層が破壊し難い帯電ロールとすることが望ましい。
【0018】
本発明者らが、表面層の破壊に至った帯電ロールを調査した結果、像保持体と帯電ロールで形成される接触部において最も負荷がかかる端部において接触圧力を低下させる形状とすることで端部における破断の発生が抑制されるが、さらに端部における帯電ロールの回転方向の摩擦係数の変化が表面層の破壊に寄与していることを突き止めた。そして、端部における径の増加量及び摩擦係数の変動量を抑制することで、例えば帯電ロールの周速度が像保持体に対して30%程度まで低下した場合においても、弾性層の破壊が生じ難いことを見出した。すなわち、本実施形態によれば、弾性層の強度を変更することなく、長期間の使用において帯電ロールの回転が阻害される状況となった場合においても弾性層の破壊が生じ難い帯電ロールが得られる。
【0019】
なお、本実施形態に係る帯電ロールにおいて、最外層の両端部とは、最外層の各端面から芯体の軸方向50mm以内の領域を意味し、両端部以外の領域とは、前記最外層の各端面から芯体の軸方向50mm以内の領域を除く中央部分の領域を意味する。
【0020】
図1は本実施形態に係る帯電ロールの構成の一例を示している。図1に示す帯電ロール208は、円筒状又は円柱状の芯体30と、芯体30の両端部以外の外周面に配置された弾性層31と、弾性層31の外周面に配置された表面層32と、を有して構成されている。芯体30と弾性層31は、接着剤層(図示省略)によって接着されている。
本実施形態に係る帯電ロール208は、芯体30の軸方向に沿って最外層である表面層32の外形形状を測定したときに、表面層32の両端部以外の領域における外周面の前記芯体の軸方向の外形曲線を表面層32の両端部まで延長した近似曲線に対し、表面層32の両端部における外形曲線の最大増加量(以下、「最大端部増加量」と記す場合がある。)が60μm以下であり、表面層32の両端部における外形曲線の最大増加量を示す位置での外周面の摩擦係数が0.3以下、且つ、前記摩擦係数の周方向の変動量が30%以下に構成されている。
【0021】
(最大端部増加量)
本実施形態に係る帯電ロールは、最外層の両端部以外の領域における外周面の芯体の軸方向の外形曲線を最外層の両端部まで延長した近似曲線に対し、最外層の両端部における外形曲線の最大増加量(最大端部増加量)が60μm以下である。最外層の端部における破断の発生を抑制する観点から、最大端部増加量が40μm以下であることが好ましく、30μm以下であることがより好ましい。
【0022】
最大端部増加量は以下のようにして求める。
まず、芯体30の軸方向に沿って表面層32の外形形状を測定する。具体的には、表面層32を周方向に等間隔で20分割、すなわち360°/20=18°間隔で分割し、周方向に分割された各領域において、図2に示すように軸方向に沿って、軸Cから表面層32の外周面までの距離を測定し、表面層32の外形形状(外径)を測定する。ここで表面層32の外形形状は、アサカ理研社製、Roll2000を用いて測定する。
そして、表面層32の両端部以外の領域、具体的には、表面層32の各端面から軸方向に50mmを除いた中央領域における外形曲線を二次曲線として近似し、表面層32の両端部まで延長することで表面層32の軸方向の近似曲線が得られる。そして、図3に示すように、前記近似曲線に対し、表面層32の両端部にける外形曲線の最大増加量(端部増加量)を求める。周方向に20分割した各領域において、上記のようにして軸方向に沿って外形形状を測定し、求めた近似曲線から端部増加量をそれぞれ求め、両端部における端部増加量の最大値を「最大端部増加量」とする。
【0023】
(端部摩擦係数)
本実施形態に係る帯電ロールは、最外層の両端部における上記外形曲線の最大増加量を示す位置での外周面の摩擦係数が0.3以下、且つ、前記摩擦係数の周方向の変動量が30%以下である。像保持体に対する従動回転を確保し、且つ、最外層の端部における破断の発生を抑制する観点から、上記摩擦係数は0.2以下であることが好ましい。
また、上記摩擦係数の周方向の変動量は、30%以下であることが好ましく、20%以下であることがより好ましい。
【0024】
最外層の両端部における上記外形曲線の最大増加量を示す位置での外周面の摩擦係数は、具体的には、最外層である表面層32の各端部(各端面から50mm以内の領域)における上記外形曲線の最大増加量を示す位置での外周面の摩擦係数を新東科学株式会社TRIBOGEAR TYPE:HHS2000を用いて周方向に測定する。
【0025】
そして、最外層の両端部における上記外形曲線の最大増加量を示す位置での外周面の摩擦係数が0.3以下とは、表面層32の両端部において周方向に沿って摩擦係数を測定したときに全体にわたって摩擦係数が0.3を超えず、また、摩擦係数の周方向の変動量が30%以下とは、上記外形曲線の最大増加量を示す位置での周方向に沿って測定した摩擦係数の最大値と最小値が、その平均値の±30%以下の範囲にあることを意味する。
【0026】
次に、本実施形態に係る帯電ロール208の各構成部材について具体的に説明する。
【0027】
(芯体)
芯体30は、帯電ロールの電極及び支持部材として機能するものであり、材質としては、例えば、鉄(快削鋼等),銅,真鍮,ステンレス,アルミニウム,ニッケル等の金属または合金;クロム、ニッケル等で鍍金処理を施した鉄;導電性の樹脂などの導電性の材料が挙げられる。
芯体30は、導電性の棒状部材であり、外周面にめっき処理を施した部材(例えば樹脂や、セラミック部材)、導電剤が分散された部材(例えば樹脂や、セラミック部材)等も挙げられる。
芯体30は、中空状の部材(筒状部材)であってもよし、非中空状の部材であってもよい。
【0028】
(弾性層)
弾性層31は、芯体30の外周面に円筒状(ロール状)に配置されている。
弾性層31は、例えば、弾性材料と、導電剤と、必要に応じて、その他添加剤と、を含んで構成される。
【0029】
弾性材料としては、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、ブチルゴム、ポリウレタン、シリコーンゴム、フッ素ゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド共重合ゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴム、エチレン−プロピレン−ジエン3元共重合ゴム(EPDM)、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム(NBR)、天然ゴム等、及びこれらのブレンドゴムが挙げられる。中でも、ポリウレタン、シリコーンゴム、EPDM、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド共重合ゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴム、NBR及びこれらのブレンドゴムが望ましく用いられる。これらの弾性材料は、発泡したものであっても無発泡のものであってもよい。
【0030】
導電剤としては、電子導電剤及びイオン導電剤が挙げられる。
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等のカーボンブラック;熱分解カーボン、グラファイト;アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス鋼等の各種導電性金属又は合金;酸化スズ、酸化インジウム、酸化チタン、酸化スズ−酸化アンチモン固溶体、酸化スズ−酸化インジウム固溶体等の各種導電性金属酸化物;絶縁物質の表面を導電化処理したもの;などの粉末が挙げられる。
【0031】
カーボンブラックとして具体的には、デグサ社製の「スペシャルブラック350」、同「スペシャルブラック100」、同「スペシャルブラック250」、同「スペシャルブラック5」、同「スペシャルブラック4」、同「スペシャルブラック4A」、同「スペシャルブラック550」、同「スペシャルブラック6」、同「カラーブラックFW200」、同「カラーブラックFW2」、同「カラーブラックFW2V」、キャボット社製「MONARCH1000」、キャボット社製「MONARCH1300」、キャボット社製「MONARCH1400」、同「MOGUL−L」、同「REGAL400R」等が挙げられる。
【0032】
イオン導電剤の例としては、塩化ベンジルトリエチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、ラウリルトリメチルアンモニウム等の過塩素酸塩、塩素酸塩等;リチウム、マグネシウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属の過塩素酸塩、塩素酸塩等;が挙げられる。
導電剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0033】
導電剤の平均粒子径としては、1nm以上200nm以下であることが好ましい。なお、平均粒子径は、導電剤を電子顕微鏡で観察し、導電剤の100個の直径を測定し、その平均をとることで平均粒子径とする。
【0034】
弾性層31における導電剤の添加量は特に制限はないが、電子導電剤の場合は弾性材料100質量部に対して、1質量部以上30質量部以下の範囲であることが望ましく、15質量部以上25質量部以下の範囲であることがより望ましい。
一方、イオン導電剤の場合は、弾性材料100質量部に対して、0.1質量部以上5.0質量部以下の範囲であることが望ましく、0.5質量部以上3.0質量部以下の範囲であることがより望ましい。
【0035】
弾性層31に配合されるその他添加剤としては、例えば、軟化剤、可塑剤、硬化剤、加硫剤、加硫促進剤、酸化防止剤、界面活性剤、カップリング剤、充填剤(シリカ、炭酸カルシウム等)等の公知の弾性層に添加され得る材料が挙げられる。
【0036】
弾性層31の形成に際しては、弾性層31を構成する導電剤、弾性材料、その他の成分(加硫剤や必要に応じて添加される発泡剤等の各成分)の混合方法や混合順序は特に限定されないが、一般的な方法としては、全成分をあらかじめタンブラー又はVブレンダー等で混合し、押出機によって溶融混合して、押出成形する方法が挙げられる。例えば、後述するゴムロール製造装置を用いて芯体の外周面上に未加硫のゴム組成物層を形成した後、架橋反応を生じさせることで弾性層を形成することができる。
【0037】
弾性層の厚みは、1mm以上10mm以下程度とすることが望ましく、2mm以上5mm以下程度とすることがより望ましい。
また、弾性層の体積抵抗率は10Ωcm以上1014Ωcm以下が望ましい。
【0038】
(表面層)
表面層32は主にトナー等による汚染の防止のために任意に設けられる層であり、結着樹脂中に粒子が分散されて形成されている。
【0039】
表面層32に用いられる結着樹脂としては、ウレタン樹脂、ポリエステル、フェノール樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、セルロース等が挙げられる。
【0040】
表面層32に含まれる粒子は、導電性材料を用いることで抵抗制御を行い、表面層32の抵抗値の環境変動を少なくし、安定した帯電特性を得ることや、ロール表面の凹凸を制御して像保持体との摩擦係数を下げ、像保持体と相互の耐摩耗性を向上させる目的で用いられる。また、下の層(例えば弾性層31)との接着性向上や結着樹脂中の粒子の分散を制御する目的で添加剤などを用いることができる。
【0041】
導電性の粒子としては、粒径が3μm以下で体積抵抗率が10Ωcm以下であるものが望ましい。例えば、酸化錫、酸化チタン、酸化亜鉛等の金属酸化物若しくはそれらの合金からなる粒子、又はカーボンブラック等を用いることができる。
その他の粒子としては、アルミナ、シリカ、フッ素系、シリコーン系、ポリアミド系などの粒子を用いることができ、粒径は3μm以上10μm以下であるものが望ましい。
【0042】
特に表面層32に含まれる導電性の粒子は、帯電ロールの体積抵抗率に影響し、目標とする体積抵抗率に応じて粒子の種類及び含有量を選択すればよい。通常は、表面層32に含まれる結着樹脂100質量部に対し、2質量部以上20質量部以下の範囲で導電性の粒子を配合する。
【0043】
表面層32の膜厚は、摩耗に対する耐久性の観点から、0.01μm以上1000μm以下が好ましく、更には0.1μm以上500μm以下がより好ましく、0.5μm以上100μm以下が更に好ましい。
【0044】
[帯電ロールの製造方法]
本実施形態に係る帯電ロール208を製造する方法は限定されず、例えば図1に示すように弾性層31の外周面に最外層として表面層32を有する場合、芯体30の軸方向に沿って表面層32の外形形状を測定したときに、表面層32の両端部以外の領域における外周面の芯体30の軸方向の外形曲線を表面層32の両端部まで延長した近似曲線に対し、表面層32の両端部における外形曲線の最大増加量が60μm以下であり、表面層32の両端部における外形曲線の最大増加量を示す位置での外周面の摩擦係数が0.3以下、且つ、該摩擦係数の周方向の変動量が30%以下となるように弾性層31及び表面層32を形成すればよい。
以下、本実施形態に係る帯電ロールの製造方法の一例について具体的に説明するが、これに限定されるものではない。
【0045】
図4は、本実施形態において弾性層の形成に用いられるゴムロール製造装置(クロスヘッドを備えた押出成形機)の構成の一例を概略的に示している。
【0046】
本実施形態に係るゴムロール製造装置210は、いわゆるクロスヘッドダイから構成される排出機212と、排出機212の下方に配置される加圧機214と、加圧機214の下方に配置される引出機216と、を備えている。
【0047】
排出機212は、未加硫のゴム材(弾性層形成用のゴム組成物)を供給するゴム材供給部218と、ゴム材供給部218から供給されたゴム材を円筒状(ロール状)に押し出す押出部220と、押出部220から円筒状に押し出されるゴム材の中心部に接着剤層が形成された芯体30を供給する芯体供給部224と、を備えている。
【0048】
ゴム材供給部218は、円筒状の本体部226の内部にスクリュー228を有している。スクリュー228は駆動モータ230によって回転駆動される。本体部226の駆動モータ230側にはゴム材(ゴム組成物)を投入する投入口232が設けられている。投入口232から投入されたゴム材は、本体部226の内部においてスクリュー228によって練られながら押出部220に向けて送り出される。スクリュー228の回転速度を調整することで、ゴム材を送り出す速度が調整される。
【0049】
押出部220は、ゴム材供給部218に接続される円筒状のケース234と、ケース234の内部中心に配置される円柱状のマンドレル236と、マンドレル236の下方に配置される排出ヘッド238と、を備えている。マンドレル236は保持部材240によってケース234に保持されている。排出ヘッド238は保持部材242によってケース234に保持されている。マンドレル236の外周面(一部において保持部材240の外周面)と保持部材242の内周面(一部において排出ヘッド238の内周面)との間には、ゴム材が環状に流れる環状流路244が形成されている。
【0050】
マンドレル236の中心部には芯体30が挿通される挿通孔246が形成されている。マンドレル236の下部は端に向けて先細った形状を呈している。そして、マンドレル236の先端の下方の領域は、挿通孔246から供給される芯体30と環状流路244から供給されるゴム材とが合流する合流域248とされている。即ち、この合流域248に向けてゴム材が円筒状に押し出され、円筒状に押し出されるゴム材の中心部に芯体30が送り込まれる態様となっている。
【0051】
芯体供給部224は、マンドレル236の上方に配置されるローラ対250を備えている。ローラ対250は複数対(3対)設けられ、各ローラ対250の片側のローラはベルト252を介して駆動ローラ254に接続されている。駆動ローラ254が駆動されると、各ローラ対250によって挟み込まれる芯体30はマンドレル236の挿通孔246に向けて送られる。芯体30は予め定められた長さとされており、ローラ対250によって送られる後方の芯体30がマンドレル236の挿通孔246に存在する先方の芯体30を押すことにより、複数の芯体30が順次に挿通孔246を通過する態様となっている。また、駆動ローラ254の駆動は、先方の芯体30の前片端がマンドレル236の先端に位置したときに一旦停止され、マンドレル236の下方の合流域248において、芯体30が間隔をおいて送り込まれる。
【0052】
こうして、排出機212においては、合流域248においてゴム材を円筒状に押し出し、ゴム材の中心部に間隔をおいて接着剤層が形成された芯体30が順次送り込まれる。それにより、ゴム材で芯体30の外周面が被覆され、ゴムロール部256(ゴム組成物層)が、芯体30の外周面に形成された未加硫ゴムロールが得られる。
【0053】
ゴム組成物層の厚みは、1mm以上10mm以下とすることが望ましく、2mm以上5mm以下とすることがより望ましい。
【0054】
次に、芯体30の両端部における余分なゴム組成物層256を切断して除去し、加熱して架橋反応を生じさせることで弾性層31が形成されることになる。例えば、空気加硫炉(熱風加熱炉)において140℃以上180℃以下で、20分以上300分以下の加熱条件で加硫を行う。これによりゴムロール部256(ゴム組成物層)が架橋し、接着剤層上に、弾性層31を有する加硫ゴムロールが得られる。
【0055】
ここで、例えば図5に示すように未加硫ゴムロールの両端部付近を把持手段300A,300Bによって把持し、芯体30の両端部が露出するように点線A、Bの位置においてゴムロール部256の切断等を行うと、把持手段300A,300Bによって把持された部分ではゴムロール部256がわずかに凹み、その分、把持された箇所の両側ではゴムロール部256が盛り上がった形状となり、また、切断箇所でも盛り上がった形状となり易い。そのため、切断後、架橋して形成される弾性層の端部では外径が増大した部分(以下、「端部増大部」と称する場合がある。)が残り易い。このように端部増大部を有する弾性層の外周面に表面層を形成すると、端部増大部の形状が表面層の形状にも反映され易い。そのため、このようにして製造された帯電ロールを像保持体に接触させて帯電を行うと、像保持体に対する圧力が端部以外の領域に比べて端部で高くなり、帯電ロールの表面層の端部において像保持体との摩擦によって破断が生じ易い。なお、表面層を形成せずに弾性層を最外層とした場合も弾性層の端部において像保持体との摩擦が高くなり、端部における破断が生じ易い。
【0056】
そこで、本実施形態では、弾性層31の両端部における外形曲線の最大増加量が60μm以下となるように弾性層31の形状を整えることが好ましい。弾性層31の最大増加量を60μm以下にする方法は特に限定されないが、例えば架橋反応後の弾性層31の縁部の面取りによって調整する方法、端部の研磨によって調整する方法などが挙げられる。なお、通常は、弾性層31を形成した後、面取り加工を行うが、本実施形態では弾性層の縁部の面取り加工を行う際に面取り形状及び面取り量を調整して端部における最大増加量が60μm以下となるように形状を整える。なお、弾性層の端部における面取り部の領域は必要な放電領域が確保されるのであれば、可能な限り大きくすることが好ましい。
【0057】
弾性層31を形成した後、弾性層31の外周面に表面層32を形成する。表面層32の両端部における上記外形曲線の最大増加量を示す位置での外周面の摩擦係数が0.3以下、且つ、該摩擦係数の周方向の変動量が30%以下となるように表面層32を形成する。
【0058】
表面層32の形成方法としては、溶剤に、樹脂と、必要に応じて、導電剤と、表面層の表面に凹凸を付与するための粒子と、その他の添加剤と、を含む表面層形成用分散液を調製し、弾性層31上に浸漬法、スプレー法、真空蒸着法、プラズマ塗布法等で形成する方法が挙げられる。
【0059】
前記したように弾性層31の形成において両端部における最大増加量を60μm以下に調整しておくことで弾性層31の外周面に形成された表面層32の端部も弾性層31の形状が反映され、最大端部増加量を60μm以下に抑えることができる。
【0060】
一方、表面層32の形成では、表面層32の両端部における外形曲線の最大増加量を示す位置での外周面の摩擦係数を0.3以下、且つ、該摩擦係数の周方向の変動量を30%以下に調整する必要がある。表面層の端部における摩擦係数及びその変動量を調整する方法としては、表面層32を形成する表面層形成用塗布液に含まれる粒子の径及び含有量を調整する方法、弾性層31の外周面に表面層32を形成した後、表面層32の両端部における外周面の周方向に研磨加工を施す方法などが挙げられる。
【0061】
例えば、表面層32における粒子の分散均一性を高くすることで摩擦係数の周方向の変動量を30%以下に調整することができる。
【0062】
[帯電装置]
次に、本実施形態に係る帯電装置について説明する。図6は、本実施形態に係る帯電装置の一例を示す概略図である。
【0063】
本実施形態に係る帯電装置は、前述した本実施形態に係る帯電ロールを適用した形態である。
具体的には、本実施形態に係る帯電装置12は、図6に示すように、例えば、帯電ロール121と、清掃部材122と、が特定の食い込み量で接触して配置されている。そして、帯電ロール121の芯体30および清掃部材122の芯体122Aの軸方向両端は、各部材が回転自在となるように導電性軸受け123(導電性ベアリング)で保持されている。導電性軸受け123の一方には電源124が接続されている。
【0064】
清掃部材122は、帯電ロール121の表面を清掃するための清掃部材であり、例えば、ロール状で構成されている。清掃部材122は、例えば、円筒状または円筒状の芯体122Aと、芯体122Aの外周面に弾性層122Bと、で構成される。
【0065】
芯体122Aは、導電性の棒状部材であり、その材質は例えば、鉄(快削鋼等),銅,真鍮,ステンレス,アルミニウム,ニッケル等の金属が挙げられる。また、芯体122Aとしては、外周面にメッキ処理を施した部材(例えば樹脂や、セラミック部材)、導電剤が分散された部材(例えば樹脂や、セラミック部材)等も挙げられる。芯体122Aは、中空状の部材(筒状部材)であってもよし、非中空状の部材であってもよい。
【0066】
弾性層122Bは、多孔質の3次元構造を有する発泡体からなり、内部や表面に空洞や凹凸部(以下、セルという。)が存在し、弾性を有していることがよい。弾性層122Bは、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリアミド、オレフィン、メラミンまたはポリプロピレン、NBR(アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム)、EPDM(エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム)、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレン、シリコーン、ニトリル、等の発泡性の樹脂材料またはゴム材料を含んで構成される。
【0067】
これらの発泡性の樹脂材料またはゴム材料のなかでも、帯電ロール121との従動摺擦によりトナーや外添剤などの異物を効率的にクリーニングすると同時に、帯電ロール121の表面に清掃部材122の擦れによるキズをつけ難くするために、また、長期にわたり千切れや破損が生じ難くするために、引き裂き、引っ張り強さなどに強いポリウレタンが特に好適に適用される。
【0068】
ポリウレタンとしては、特に限定するものではなく、例えば、ポリオール(例えばポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、アクリルポリオールなど)と、イソシアネート(2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネートや4,4−ジフェニルメタンジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートなど)の反応物が挙げられ、これらの鎖延長剤(例えば1,4−ブタンジオール、トリメチロールプロパンなど)による反応物であってもよい。なお、ポリウレタンは、発泡剤(水やアゾ化合物(アゾジカルボンアミド、アゾビスイソブチロニトリル等)を用いて発泡させるのが一般的である。
【0069】
導電性軸受け123は、帯電ロール121と清掃部材122とを一体で回転自在に保持すると共に、当該部材同士の軸間距離を保持する部材である。導電性軸受け123は、導電性を有する材料で製造されていればいかなる材料および形態でもよく、例えば、導電性のベアリングや導電性の滑り軸受けなどが適用される。
【0070】
電源124は、導電性軸受け123へ電圧を印加することにより帯電ロール121と清掃部材122とを同極性に帯電させる装置であり、公知の高圧電源装置が用いられる。
【0071】
本実施形態に係る帯電装置12では、例えば、電源124から導電性軸受け123に電圧が印加されることで、帯電ロール121と清掃部材122とが同極性に帯電する。
【0072】
なお、本実施形態に係る帯電装置は、上記構成に限られず、例えば、清掃部材122を備えない形態であってもよい。
【0073】
[画像形成装置]
次に、本実施形態に係る画像形成装置について説明する。
本実施形態に係る画像形成装置は、像保持体と、前記本実施形態に係る帯電ロールを有し、前記帯電ロールを前記像保持体の表面に接触させて前記像保持体を帯電させる帯電手段と、帯電した前記像保持体の表面に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、トナーを含む現像剤により、前記像保持体の表面に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する現像手段と、前記トナー像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、を備えて構成される。
【0074】
図7は本実施形態の画像形成装置の基本構成の一例を概略的に示している。図7に示す画像形成装置401は中間転写方式の画像形成装置であり、ハウジング400内において4つの像保持体(電子写真感光体)1a,1b,1c,1dが中間転写ベルト409に沿って相互に並列に配置されている。例えば、像保持体1aがイエロー、像保持体1bがマゼンタ、像保持体1cがシアン、像保持体1dがブラックの色の画像をそれぞれ形成する。
【0075】
ここで、画像形成装置401に搭載されている像保持体1a,1b,1c,1dは、それぞれ本実施形態の像保持体である。
像保持体1a,1b,1c,1dはそれぞれ一方向(紙面上は反時計回り)に回転し、その回転方向に沿って帯電ロール402a,402b,402c,402d、現像装置404a,404b,404c,404d、1次転写ロール410a,410b,410c,410d、クリーニングブレード415a,415b,415c,415dが配置されている。帯電ロール402a,402b,402c,402dは、それぞれ前記した本実施形態に係る帯電ロールであり、接触帯電方式が採用されている。
【0076】
現像装置404a,404b,404c,404dはそれぞれトナーカートリッジ405a,405b,405c,405dに収容されたブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの4色のトナーを供給し、また、1次転写ロール410a,410b,410c,410dはそれぞれ中間転写ベルト409を介して像保持体1a,1b,1c,1dに接している。
【0077】
ハウジング400内にはレーザ光源(露光装置)403が配置されており、レーザ光源403から出射されたレーザ光を帯電後の像保持体1a,1b,1c,1dの表面に照射する。
これにより、像保持体1a,1b,1c,1dの回転工程において帯電、露光、現像、1次転写、クリーニング(トナー等の異物除去)の各工程が順次行われ、各色のトナー像が中間転写ベルト409上に重ねて転写される。そして、中間転写ベルト409上にトナー像が転写された後の像保持体1a,1b,1c,1dは、表面の電荷を除去する工程を経ずに次の画像形成プロセスが行われる。
【0078】
中間転写ベルト409は駆動ロール406、背面ロール408及び支持ロール407によって張力をもって支持されており、これらのロールの回転によりたわみを生じることなく回転する。また、2次転写ロール413は、中間転写ベルト409を介して背面ロール408と接するように配置されている。背面ロール408と2次転写ロール413とに挟まれた位置を通った中間転写ベルト409は、例えば駆動ロール406と対向して配置されたクリーニングブレード416により清浄面化された後、次の画像形成プロセスに繰り返し供される。
【0079】
また、ハウジング400内には記録媒体を収容する容器411が設けられており、容器411内の紙などの記録媒体500が移送ロール412により中間転写ベルト409と2次転写ロール413とに挟まれた位置、さらには相互に接する2個の定着ロール414に挟まれた位置に順次移送された後、ハウジング400の外部に排出される。
【0080】
上述の説明においては中間転写体として中間転写ベルト409を使用する場合について説明したが、中間転写体は、上記中間転写ベルト409のようにベルト状であってもよいし、ドラム状であってもよい。ベルト状とする場合、中間転写体の基材を構成する樹脂材料としては、公知の樹脂が用いられる。例えば、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂(PC)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリアルキレンテレフタレート(PAT)、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)/PC、ETFE/PAT、PC/PATのブレンド材料、ポリエステル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミド等の樹脂材料及びこれらを主原料としてなる樹脂材料が挙げられる。さらに、樹脂材料と弾性材料をブレンドして用いてもよい。
【0081】
また、上記実施形態にかかる記録媒体とは、像保持体上に形成されたトナー像を転写する媒体であれば特に制限はない。
【0082】
[プロセスカートリッジ]
本実施形態のプロセスカートリッジは、前記本実施形態に係る帯電ロールを有し、前記帯電ロールを像保持体の表面に接触させて前記像保持体を帯電させる帯電手段を備え、画像形成装置に着脱される構成を有する。
【0083】
図8は、本実施形態に係るプロセスカートリッジの一例の基本構成を概略的に示している。本実施形態に係るプロセスカートリッジは、図8に示すように、露光のための開口部24A、除電露光のための開口部24Bおよび取り付けレール24Cが備えられた筐体24により、像保持体(電子写真感光体)10と、前記本実施形態に係る帯電ロール121を有し、帯電ロール121を像保持体10に表面に接触させて像保持体10を帯電させる帯電装置12と、露光装置14により形成した潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像装置16と、転写後の像保持体10表面の残留トナーを除去するクリーニング装置20と、を一体的に組み合わせて保持して構成したプロセスカートリッジ102である。そして、プロセスカートリッジ102は、画像形成装置101に脱着自在に装着されている。また、本実施形態に係る画像形成装置101は、転写装置18により記録媒体Pに転写されたトナー像を定着する定着装置22を備えて構成されている。
【実施例】
【0084】
以下、実施例及び比較例に基づき本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【0085】
[実施例1]
<帯電ロールの作製>
(弾性層の作製)
表1に示した組成の混合物(ゴム組成物)をニーダーで混練りし、図4のクロスヘッド押出機を用いて、SUM22に無電解Niメッキを施した直径8mmの芯体の表面に導電性接着剤を施したものを成形した後、プレス成形機を用い加硫を行い、芯体の表面に外径13mmのロール状の弾性層を形成した。
【0086】
芯体の表面に形成した弾性層を各端面から芯体の軸方向に17.5mmの長さで切断して除去した。切断後の両端面における外縁部をそれぞれC1.5の面取り及び研磨することで、両端部における端部増加量を0.4mm以下に調整した。
その後、研磨により外径12mmの弾性層を得た。
【0087】
【表1】
【0088】
(表面層の作製)
下記組成の混合物をメタノールで希釈し、ビーズミルにて分散して表面層形成用分散液を得た。
次いで、芯体の両端部を除く外周面に形成した導電性弾性層の表面に表面層形成用分散液を浸漬塗布した後、145℃で30分間加熱乾燥して厚さ10μmの表面層を形成した。
【0089】
−表面層形成用分散液の固形分組成−
・樹脂 100質量部
(N−メトキシメチル化ナイロン:F30K、ナガセケムテックス社製)
・導電性粒子(導電性フィラー) 40質量部
(ニカビーズPC0520、日本カーボン社製、体積平均粒子系:6.7μm、平均円形度:0.95)
・導電剤 17質量部
(カーボンブラック MONAHRCH1000、キャボット社製、体積平均粒子径:43nm)
・触媒 4.4質量部
(NACURE4167、キングインダストリーズ社製)
【0090】
(最大端部増加量の測定)
表面層の外周面を周方向に20分割し、アサカ理研社製、ROLL2000を用いて、周方向に分割した各領域において軸方向に沿って表面層の外形形状(外径)を測定した。表面層の各端面から軸方向に50mmを除いた領域における外形曲線から、図2に示したように表面層の両端部まで延長した近似曲線(二次曲線)を得た。次いで、表面層の両端部において、図3に示したように前記近似曲線に対する外形曲線の増加量(端部増加量)を求めた。
周方向に分割された各領域において上記のようにして端部増加量を求め。表面層の両端部における端部増加量の最大値を「最大端部増加量」とした。
【0091】
(端部摩擦係数の測定)
製造した帯電ロールの表面層の両端部における外周面の摩擦係数を下記の装置及び条件によって測定した。帯電ロールの表面層の端部外周面の最大端部増加量を示す位置にサファイヤプローブを加重をかけて押し付け、帯電ロールを回転させて周方向全体にわたって測定した。
・使用機器:新東科学株式会社TRIBOGEAR TYPE:HHS2000
・測定条件
帯電ロール:外径φ12mm
帯電ロール回転速度:1rpm
プローブ加重:10gf
【0092】
<帯電ロール清掃部材の作製>
外径φ6mmのSUM22にニッケルメッキを施した芯体上に、ホットメルト接着剤を用いて発泡ウレタンフォームを張り付けた。その後研削加工によってφ10mmに外径加工し、帯電ロール清掃部材を作製した。
【0093】
[評価]
実施例1の帯電ロール及び帯電ロール清掃部材を富士ゼロックス社製、DocuCentre IV C5575のプロセスカートリッジに組み込み、帯電ロール清掃部材の軸受部分にポリイミドテープを貼り、帯電ロール清掃部材の回転を阻害させ、結果的に帯電ロールにブレーキをかける状態とした。この状態で像保持体を255mm/sの周速で回転させた際、帯電ロールの周速が約30%(75mm/s)となるよう調整し、20分間の連続回転テストを実施した。
【0094】
[実施例2乃至11、比較例1乃至4]
実施例1における弾性層の作製において両端部切断後の面取り及び研磨の各条件を変更して最大端部増加量を調整したこと以外は実施例1と同様にして弾性層を形成した。
次いで、実施例1における表面層の作製において、導電性粒子の配合量を下記表2の通り変更して摩擦係数を調整したこと以外は実施例1と同様にして表面層を作製した。
各実施例及び比較例で作製した帯電ロールを用いて実施例1と同様の方法により評価を行った。
【0095】
評価結果を表2に示す。
【0096】
【表2】
【0097】
表面層の端部の摩擦係数にかかわらず、端部増加量(最大値)が60μmを超える場合には弾性層の破壊が発生した。また、端部増加量が60μm以下であっても端部周方向で摩擦係数の変動量が30%を超える場合には、表面層の破壊が発生することが確認された。
一方、表面層の端部増加量(最大値)が60μm以下で、最外層の両端部における外周面の摩擦係数が0.3以下、且つ、摩擦係数の周方向の変動量が30%以下であれば、表面層の破壊は発生しなかった。
【符号の説明】
【0098】
1a,1b,1c,1d 像保持体(電子写真感光体)、10 像保持体(電子写真感光体)、12 帯電装置、14 露光装置、16 現像装置、18 転写装置、20 クリーニング装置、22 定着装置、24 筐体、24A 開口部、24B 開口部、24C 取り付けレール、30 芯体、31 導電性弾性層、32 表面層、101 画像形成装置、102 プロセスカートリッジ、121 帯電部材、122 清掃部材、122A 芯体、122B 弾性層、123 導電性軸受け、124 電源、208 帯電ロール、210 ゴムロール製造装置(クロスヘッドを備えた押出成形機)、212 排出機、214 加圧機、216 引出機、218 ゴム材供給部、220 押出部、224 芯体供給部、226 本体部、228 スクリュー、230 駆動モータ、232 投入口、234 ケース、236 マンドレル、238 排出ヘッド、240 保持部材、242 保持部材、244 環状流路、246 挿通孔、248 合流域、250 ローラ対、252 ベルト、254 駆動ローラ、256 ゴムロール部、401 画像形成装置、402a,402b,402c,402d 帯電ロール、404a,404b,404c,404d 現像装置、500 記録媒体
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8