JP4267104B2 - Charging member and charging device using the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯電部材及びそれをを用いた帯電装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、優れた耐久性を有し、複写機,プリンターなどにおいて、静電潜像作成プロセスなどに好適に用いられる帯電部材、及びこれを装着してなる帯電装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、複写機,プリンター等の電子写真プロセスでは、まず、感光体の表面を一様に帯電させ、この感光体に光学系から映像を投射して光の当たった部分の帯電を消去することによって潜像を形成し、次いで、トナーの付着によるトナー像の形成、紙等の記録媒体へのトナー像の転写により、プリントする方法がとられている。
この場合、最初の感光体を帯電させる操作は、コロナ放電方式が一般的に採用されてきた。しかしながら、このコロナ放電方式は6〜10kVもの高電圧印加が必要とされるため、機械の安全保守の観点から好ましくない。また、コロナ放電中にオゾン,NOx等の有害物質が発生するため環境上の問題もある。
このため、コロナ放電に比べて低い印加電圧で帯電を行うことができ、かつ、オゾン等の有害物質の発生を抑制することができる帯電方式への取り組みがなされてきている。かかる新しい帯電方式の試みとして、電圧を印加した帯電部材を感光体等の被帯電体に所定の圧力で当接させて被帯電体を帯電させる接触方式による方法が提案されている。
【0003】
この接触帯電方式で使用される帯電部材としては、例えば、ゴムやポリウレタンフォーム等の弾性層の表面に、ナイロン,アクリル,ポリウレタン等の樹脂溶液を、ディッピング法やスプレー法などにより塗布して、表面の平滑性確保やトナーの付着防止などを行う目的で、塗膜層を形成したものが知られている。
しかしながら、この接触帯電方式では、帯電部材と被帯電部材が常に接触しているので、従来のワイヤーなどから非接触で被帯電部材を帯電させるコロナ方式などと比較して、耐久性が問題となりやすいという欠点があり、そしてこの耐久性に関しては、残留トナーの影響が大きいことが知られている。
残留トナーの影響については、転写不良やクリーニング不良などにより、帯電部材に到着するわずかなトナーが徐々に帯電部材に付着し、ひどい場合には帯電部材表面に埋め込まれてしまう。本来、転写効率,クリーニング効率を向上させ、そのような残留トナーが、帯電部材に到着しないようにするのが、根本的な対策であるが、現状の技術では困難である。
【0004】
残留トナーは、帯電部材表面に少々付着した程度ではさほど画像にも悪影響を及ぼさず、初期画像ではその影響は分かりにくいものの、繰り返し画像出ししていくうちに、残留トナーが、帯電部材表面に付着し、それが堆積しはじめ、画像にも不良点として現れ始める。
この残留トナーの付着や堆積を防止する方法としては、摩擦係数が小さく、防汚性に優れたフッ素系樹脂を、帯電部材表面に配設することが効果的と考えられる。
ところが、フッ素系樹脂は、その表面エネルギーが低いために、顔料との分散性に劣る。もちろん、分散安定剤を適用する方法はあるものの、該帯電部材の場合は、直接被帯電部材と接触し作用するために、分散安定剤などは被帯電部材を汚染しやすく、分散剤の適用はむずかしい上、所望の抵抗に調整するためにカーボンブラックなどの導電剤を添加する必要がある。
フッ素系樹脂、あるいはこれに他の樹脂を加えた樹脂に、カーボンブラック等の導電剤を添加して、所望の抵抗領域に調整した帯電部材を作製すると、フッ素系樹脂とカーボンブラックなどの顔料との分散性が劣るために、帯電部材の表面が凹凸になり平滑性に欠け、その結果、凹部にトナーが物理的に堆積しはじめ、長期使用において、画像不良発生の原因となる。
【0005】
【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、複写機,プリンターなどにおいて、静電潜像作成プロセスなどに用いられる耐久性に優れた帯電部材、及びこれを用いた帯電装置を提供することを目的をするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、耐久性に優れた帯電部材を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、フッ素系樹脂と特定の比表面積及びDBP吸収量を有するカーボンブラックを含有する表面層を有する帯電部材が、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、被帯電体に当接させて、この被帯電体との間に電圧を印加することにより、被帯電体を帯電させる帯電部材において、フッ素系樹脂と比表面積が100m2/g以上かつDBP吸収量が46〜65ml/100gのカーボンブラックを含有する表面層を有し、表面粗さRzが、4μm以下であることを特徴とする帯電部材を提供するものである。
また、本発明は、被帯電体に当接し、該被帯電体を帯電させる帯電部材と、被帯電体と帯電部材との間に電圧を印加する電圧印加手段とを具備してなる帯電装置において、該帯電部材として前記帯電部材を用いたことを特徴とする帯電装置をも提供するものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明の帯電部材は、接触帯電方式のものであるが、その形状としては、被帯電体と接触しうるものであればよく、特に制限されず、例えばロール状,プレート状,ブロック状など種々の形状とすることができるが、通常はロール状とすることが好ましい。ロール状の場合は、金属又はプラスチック製のシャフトを設けてもよい。
本発明の帯電部材は、フッ素系樹脂とカーボンブラックを含有する表面層を少なくともその一部に有するものであって、該表面層は、フッ素系樹脂、あるいはこのフッ素系樹脂に他の樹脂を加えた樹脂に、比表面積が100m2 /g以上、好ましくは100〜300m2 /g、より好ましくは 120〜300m2 /gの範囲にあるカーボンブラックを添加し、所望の抵抗に制御される。このように、比表面積の大きな、すなわち粒径の小さなカーボンブラックを用いた場合には、フッ素系樹脂であっても分散性の優れた系に調整することができ、その結果、表面平滑性に富む帯電部材とすることができる。ただし、粒径があまりに小さいと、分散作業に時間を要することになり、上述した範囲が好適である。
【0008】
また、該カーボンブラックとしては、上記比表面積を満足していればよく、特に制限はないが、通電時の抵抗上昇を比較的低く抑えるためには、DBP(ジブチルフタレート)吸収量が100ml/100g以下のものが好ましく、さらに80ml/100g以下のものが好適であり、特に46〜65ml/100gのものが好適である。
このようなDBP吸収量が小さいカーボンブラックは、ストラクチャーが発達していないので、所望の抵抗に調整するための添加量が若干増えるが、逆に導通パスの数が増すので、通電時の抵抗上昇は低く抑えることができる。
比表面積が前記の範囲にあり、かつ上記のDBP吸収量を満たすカーボンブラックとしては、例えば#2300〔三菱化学(株)製〕、#2400〔三菱化学(株)製〕、Printex55(デグッサ社製)、#40〔三菱化学(株)製〕、#44〔三菱化学(株)製〕、#45〔三菱化学(株)製〕、#52〔三菱化学(株)製〕、さらにはSAF,ISAF,SRFなどが挙げられる。これらのカーボンブラックは一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0009】
一方、フッ素系樹脂としては、例えばポリテトラフルオロエチレン,テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体,テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体,テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体,ポリクロロトリフルオロエチレン,クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体,テトラフルオロエチレン−ビニリデンフルオライド共重合体,ポリビニリデンフルオライド及びポリビニルフルオラド等が挙げられる。これらのフッ素系樹脂には、水系樹脂タイプと有機溶剤系樹脂タイプがあるが、特に耐水性に優れ、環境に依存しない有機溶剤系樹脂タイプ、とりわけポリテトラフルオロエチレン,テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体,テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体,テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体などの有機溶剤系樹脂タイプが好適である。これらのフッ素系樹脂は一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
なお、水系樹脂タイプとは、溶媒を水とし、水に溶解あるいは分散できる樹脂であることを意味する。また、有機溶剤系樹脂タイプとは、溶媒を有機溶剤とし、有機溶剤に溶解あるいは分散できる樹脂であることを意味する。
【0010】
また、本発明においては、必要に応じ、前記フッ素系樹脂に他の樹脂を添加することができる。この際、用いられる他の樹脂としては、例えばアクリル樹脂,ポリウレタン樹脂,ナイロン樹脂,シリコーン樹脂,ポリエステル樹脂,エポキシ樹脂,セルロース,メラミン樹脂などが挙げられるが、分散性向上の観点よりアクリル樹脂,ポリウレタン樹脂,ナイロン樹脂が好適である。これらは単独で、また適宜組み合わせて添加してもよい。
【0011】
本発明の帯電部材における表面層の抵抗は、体積固有抵抗値で、通常103 〜1012Ω・cm、好ましくは105 〜1010Ω・cmであり、そのためには、前記カーボンブラックが、表面層の全量に基づき、通常0.01〜40重量%、好ましくは5〜20重量%の割合で添加される。
この表面積の厚みは、特に制限されないが、50μm以下、特に1〜30μmとすることが好ましく、50μmを超えると、硬くなって、表面層の柔軟性が損なわれてしまうことがある。
更に、層を複数層とすることも可能であり、この場合、最表面層が、少なくとも、上記フッ素系樹脂と比表面積が100m2 /g以上のカーボンブラックを含有していればよく、その下層はいずれの樹脂から構成されていてもよい。ここで、下層に用いられる樹脂,導電剤は表面層で例示した樹脂,導電剤を同様に挙げることができる。
なお、いずれの層に対しても、架橋剤,増粘剤,チクソトロピー性付与剤,構造粘性付与剤等を必要に応じて適宜添加することができる。
上記増粘剤,チクソトロピー性付与剤,構造粘性付与剤は、無機系,有機系の中から適宜選択して用いられる。
また、この表面層の形成方法としては、フッ素系樹脂とカーボンブラックから前述の条件を満足しうる表面層が形成される方法であればよく、特に制限はないが、例えばディッピング法,スプレー法,押出し法などを用いることができる。
【0012】
本発明の帯電部材においては、最下層に該帯電部材と被帯電部材との接触性を確保するために、弾性層を設けてもよい。この弾性層としては特に制限はなく、従来から帯電部材の弾性層として用いられているゴムや樹脂、或いはこれらの発泡体(フォーム)で形成することができる。具体的には、ポリウレタン,シリコーンゴム,ブタジエンゴム,イソプレンゴム,クロロプレンゴム,スチレン−ブタジエンゴム,エチレン−プロピレンゴム,ポリノルボルネンゴム,スチレン−ブタジエン−スチレンゴム,エピクロルヒドリンゴム等を基材ゴムとするゴム組成物が例示されるが、特にポリウレタンが好ましく、より好ましくは発泡倍率が1.5〜50倍のポリウレタンフォームが用いられる。なお、この場合のフォームの密度は、0.05〜0.9g/cm3 程度が適当である。
この弾性層には、イオン導電剤や電子導電剤などの導電剤を添加することにより、所定の導電性を付与することができる。
【0013】
ここで、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,ラウリルトリメチルアンモニウムなどのドデシルトリメチルアンモニウム,ステアリルトリメチルアンモニウムなどのオクタデシルトリメチルアンモニウム,ヘキサデシ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,変性脂肪族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,アルキル硫酸塩,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,カルシウム,マグネシウムなどのアルカリ金属又は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。
【0014】
一方、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導電性カーボンブラック;SAF,ISAF,HAF,FEF,GPF,SRF,FT,MT等のゴム用カーボンブラック;酸化処理を施したインク用カーボンブラック,熱分解カーボンブラック,グラファイト;酸化スズ,酸化チタン,酸化亜鉛等の導電性金属酸化物;ニッケル,銅等の金属等が挙げられる。
これらの導電剤は一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、これらの導電剤の添加量としては特に制限はなく、各種状況に応じて適宜選定されるが、イオン導電剤の場合には、ゴム材料100重量部に対して、通常0.01〜5重量部、好ましくは0.05〜2重量部の範囲である。また、電子導電剤の場合は、通常0.5〜50重量部、好ましくは1〜40重量部の範囲である。これにより、弾性層の体積固有抵抗値を103 〜1010Ω・cm、特に104 〜108 Ω・cmに調整するのが好ましい。
【0015】
なお、この弾性層には、上記導電剤以外にも必要に応じて公知の充填剤,架橋剤等、その他のゴム用添加剤を適宜添加することができる。
また、該帯電部材は、その表面に凹凸があると、前述したように、この凹部内にトナーが詰まって画像不良の原因となることがあるため、部材表面はできるだけ平滑であることが好ましく、本発明においては、特に制限されるものではないが、JIS 10点平均粗さRzで4μm以下、特に3μm以下、更には2μm以下とすることが好ましい。
また、各種環境下で安定的に画像形成を行うために、特に吸水の少ない帯電部材にすることが好ましく、本発明においては、特に制限されるものではないが、水に対する接触角を90度以上、特に95度以上、とりわけ100度以上とすることが好ましい。
更に、帯電部材の表面硬度を、深さ7μmにおけユニバーサル硬度で、10N/mm2 以下とすることが好ましい。ユニバーサル硬度を最適化することにより、残留トナーの混入に伴う帯電部材変形による性能低下を生じることなく、長期にわたって安定した帯電操作を行うことができ、より一層の耐久性の向上を図ることができる。
【0016】
上記ユニバーサル硬度とは、圧子を荷重をかけながら測定対象物に押し込むことにより、式(I)
ユニバーサル硬度=〔試験荷重〕/〔試験荷重下での圧子の測定対象物との接触表面積〕 ・・・(I)
として求められ、単位はN/mm2 で表される。
このユニバーサル硬度の測定は、市販の硬度測定装置を用いて行うことができ、例えば、超微小硬度計H−100V(フィッシャー社製)などを用いて測定することができる。この測定装置では、四角錐あるいは三角錐形状の圧子を、試験加重をかけながら被測定物に押し込み、所望の深さに達した時点でのその押し込み深さから圧子が被測定物と接触している表面積を求め、上記式(I)よりユニバーサル硬度を算出する。
【0017】
なお、このユニバーサル硬度の測定条件については特に制限はなく、上記押し込み深さによるユニバーサル硬度が求められれば、いずれの条件でもよい。例えば、上記超微小硬度計H−100V(フィッシャー社製)を用いてユニバーサル硬度を測定する場合には、下記の条件を例示することができ、下記条件で所定の押し込み深さまで徐々に圧子を被測定物に押し込んでいき、押し込み深さが所望の深さに達した時点での荷重と圧子の接触面積とからユニバーサル硬度を求めることができる。
測定条件例
圧子:対面角度136度の四角錐ダイヤモンド圧子
初期荷重:0.02mN
最大荷重:5〜400mN
初期荷重から最大荷重までの荷重増加時間:10〜60秒
【0018】
上記本発明の帯電部材は、感光ドラム等の被帯電体に当接した状態に配設され、被帯電体と本発明の帯電部材との間に電圧を印加することにより、被帯電体を帯電させるものであるが、この場合、帯電部材と被帯電体との間に印加する電圧は、直流電圧であっても交流電圧であってもよく、特に制限されるものではないが、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加して帯電を行うようにすることが好ましく、これにより被帯電体をより均一に帯電させることができる。また、特に制限されるものではないが、本発明の帯電部材と被帯電体との接触圧力は、50〜2000g、特に100〜1000gとすることが好ましく、これにより良好な帯電を確実に得ることができる。
また本発明は、前述の本発明の帯電部材を用いた帯電装置をも提供するものである。
本発明の帯電装置としては、帯電部材を感光ドラム等の被帯電体に所定の圧力で当接させ、電圧印加手段から被帯電体との間に電圧を印加するように構成した帯電装置を例示することができるが、これに限定されるものではなく、被帯電体、帯電部材の形態や電圧印加手段による電圧印加方式等は適宜変更して差し支えない。
【0019】
【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
金属製シャフト上に、厚さ3000μmの弾性層Aを形成し、その上に厚さ120μmの塗膜層Aを形成し、更にその上に厚さ5μmの塗膜層B(最外層)を形成し、帯電ローラを作製した。上記弾性層A,塗膜層A及び塗膜層B(最外層)は、下記の通りである。得られた帯電ローラの、表面から7μm深さでのユニバーサル硬度は8.1N/mm2 、JIS 10点平均粗さRzは2.7μm、水に対する接触角は101度であった。
上記ローラをプリンターに装着し、画像出ししたところ、良好な画像が得られた。さらに、連続8000枚画像出しをしても、画像の異常はなかった。
弾性層A
ポリエステル系ポリオール及びポリイソシアネート化合物にカーボンブラックを添加して作製した密度0.55g/cm3 のポリウレタン発泡体である。
塗膜A
ウレタンアクリル樹脂(商品名:EAU77B,亜細亜工業(株)製)にカーボンブラックを添加した塗料を塗布することにより形成し、体積固有抵抗値を6.3×107Ω・cmに調整した塗膜層である。
塗膜B
メチルエチルケトン溶剤に、フッ素系樹脂〔商品名:カイナー7200P(テトラフルオロエチレンとビニリデンフルオライドとの共重合体),エルファトケム社製〕及びカーボンブラック(商品名:Printex55,デグサ社製)を添加した塗料を塗布することにより形成し、体積固抵抗値を3.3×107Ω・cmに調整した塗膜層である。なお、カーボンブラック(Printex55)の比表面積は、110m2/g、DBP吸収量は46ミリリットル/100gである。
【0020】
実施例2
塗膜層Bを塗膜層Cに変えた以外は、実施例1と同様に帯電ローラを作成した。
得られた帯電ローラの、表面から7μm深さでのユニバーサル硬度は7.4N/mm2 、JIS 10点平均粗さRzは2.9μm、水に対する接触角は103度であった。
上記ローラをプリンターに装着し、画像出ししたところ、良好な画像が得られた。さらに、連続8000枚画像出しをしても、画像の異常はなかった。
塗膜層C
メチルエチルケトン溶剤に、フッ素系樹脂(商品名:カイナー7200P)及びカーボンブラック(#2300,三菱化学(株)製)を添加した塗料を塗布することにより形成し、体積固有抵抗値を3.3×107Ω・cmに調整した塗膜層である。なお、カーボンブラック(#2300)の比表面積は260m2/g、DBP吸収量は65ミリリットル/100gである。
【0021】
比較例1
塗膜層Bを塗膜層Dに変えた以外は、実施例1と同様に帯電ローラを作製した。
得られた帯電ローラの、表面から7μm深さでのユニバーサル硬度は9.4N/mm2、JIS 10点平均粗さRzは6.9μm、水に対する接触角は95度であった。
上記ローラをプリンターに装着し、画像出ししたところ、初期には良好な画像が得られたものの、さらに、連続画像出しすると5500枚から黒点状の画像不良が発生した。帯電ローラを取り出して観察すると、ローラの凹部分にトナーが堆積していた。
塗膜層D
メチルエチルケトン溶剤に、フッ素系樹脂(商品名:カイナー7200P)及びカーボンブラック(#3050,三菱化学(株)製)を添加した塗料を塗布することにより形成し、体積固有抵抗値を4.1×107Ω・cmに調整した塗膜層である。なお、カーボンブラック(#3050)の比表面積は50m2/g、DBP吸収量は180ミリリットル/100gである。
【0022】
比較例2
塗膜層Bを塗膜層Eに変えた以外は、実施例1と同様に帯電ローラを作製した。
得られた帯電ローラの、表面から7μm深さでのユニバーサル硬度は9.9N/mm2、JIS 10点平均粗さRzは4.6μm、水に対する接触角は71度であった。
上記ローラをプリンターに装着し、画像出ししたところ、初期には良好な画像が得られたものの、さらに、連続画像出しすると4500枚からカブリ及び黒点状の画像不良が発生した。帯電ローラを取り出して観察すると、ローラ表面にトナーが付着し、特に凹部分にトナーが堆積していた。
塗膜層E
メタノール溶剤に、ナイロン樹脂(商品名:EF30T,帝国化学産業(株)製)及びカーボンブラック(#2300,三菱化学(株)製)を添加した塗料を塗布することにより形成し、体積固有抵抗値を4.8×107 Ω・cmに調整した塗膜層である。なお、カーボンブラック(#2300)の比表面積は260m2/g、DBP吸収量は65ミリリットル/100gである。
【0023】
【発明の効果】
本発明の帯電部材は、フッ素系樹脂と特定の表面積を有するカーボンブラックを含有する表面層を少なくとも有するものであって、優れた耐久性を有し、複写機,プリンターなどにおいて、静電潜像作成プロセスなどに好適に用いられる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a charging member and a charging device using the same. More specifically, the present invention relates to a charging member that has excellent durability and is suitably used for an electrostatic latent image creation process in a copying machine, a printer, and the like, and a charging device formed by mounting the charging member. is there.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in an electrophotographic process such as a copying machine or a printer, first, the surface of the photosensitive member is uniformly charged, and an image is projected onto the photosensitive member from an optical system to erase the charged portion. A latent image is formed, and then printing is performed by forming a toner image by attaching toner and transferring the toner image onto a recording medium such as paper.
In this case, the corona discharge method has generally been adopted for the operation of charging the first photoreceptor. However, since this corona discharge method requires application of a high voltage of 6 to 10 kV, it is not preferable from the viewpoint of safety maintenance of the machine. There is also an environmental problem because harmful substances such as ozone and NOx are generated during corona discharge.
For this reason, efforts have been made to charge systems that can be charged with a lower applied voltage than corona discharge and that can suppress the generation of harmful substances such as ozone. As a trial of such a new charging method, a contact method has been proposed in which a charging member to which a voltage is applied is brought into contact with a member to be charged such as a photosensitive member at a predetermined pressure to charge the member to be charged.
[0003]
As a charging member used in this contact charging method, for example, a resin solution such as nylon, acrylic or polyurethane is applied to the surface of an elastic layer such as rubber or polyurethane foam by a dipping method or a spray method. For the purpose of ensuring the smoothness of the toner and preventing the adhesion of the toner, those having a coating layer formed thereon are known.
However, in this contact charging method, since the charging member and the member to be charged are always in contact with each other, durability tends to be a problem as compared with a corona method in which the member to be charged is charged without contact from a conventional wire or the like. It is known that the residual toner has a great influence on the durability.
Regarding the influence of the residual toner, a slight amount of toner that arrives at the charging member gradually adheres to the charging member due to transfer failure, cleaning failure, and the like. Originally, it is a fundamental measure to improve transfer efficiency and cleaning efficiency and prevent such residual toner from reaching the charging member, but it is difficult with the current technology.
[0004]
Residual toner does not adversely affect the image to the extent that it slightly adheres to the surface of the charging member. Although the effect is difficult to understand in the initial image, the residual toner adheres to the surface of the charging member as images are repeatedly printed. However, it begins to accumulate and appears as a defective point in the image.
As a method for preventing the adhesion and accumulation of the residual toner, it is considered effective to dispose a fluorine resin having a small friction coefficient and excellent antifouling property on the surface of the charging member.
However, the fluororesin is inferior in dispersibility with the pigment because of its low surface energy. Of course, although there is a method of applying a dispersion stabilizer, in the case of the charging member, since it acts in direct contact with the member to be charged, the dispersion stabilizer or the like tends to contaminate the member to be charged. In addition, it is necessary to add a conductive agent such as carbon black in order to adjust to a desired resistance.
When a charging member adjusted to a desired resistance region is prepared by adding a conductive agent such as carbon black to a fluororesin or a resin obtained by adding another resin to this, a fluororesin and a pigment such as carbon black Therefore, the surface of the charging member becomes uneven and lacks in smoothness. As a result, toner begins to physically accumulate in the recesses, causing image defects in long-term use.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a charging member excellent in durability used in an electrostatic latent image creation process and the like in a copying machine, a printer, and the like, and a charging device using the same. To do.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
As a result of earnest research to develop a charging member having excellent durability, the present inventors have found that a charging member having a surface layer containing a fluorine-based resin and carbon black having a specific specific surface area and DBP absorption amount. And found that it can be adapted to the purpose. The present invention has been completed based on such findings.
That is, according to the present invention, in a charging member that charges a member to be charged by contacting the member to be charged and applying a voltage to the member to be charged, the specific surface area of the fluororesin is 100 m 2 / g or more and a DBP absorption amount have a surface layer containing carbon black 46~65ml / 100g, surface roughness Rz, it is to provide a charging member, characterized in der Rukoto below 4 [mu] m.
The present invention also relates to a charging device comprising: a charging member that abuts on a member to be charged and charges the member to be charged; and a voltage applying unit that applies a voltage between the member to be charged and the charging member. The present invention also provides a charging device using the charging member as the charging member.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The charging member of the present invention is of a contact charging type, but the shape thereof is not particularly limited as long as it can contact the member to be charged. For example, various shapes such as a roll shape, a plate shape, and a block shape are available. However, it is usually preferable to use a roll shape. In the case of a roll, a metal or plastic shaft may be provided.
The charging member of the present invention has at least a part of a surface layer containing a fluororesin and carbon black, and the surface layer is made of a fluororesin or another resin added to the fluororesin. a resin, a specific surface area of 100 m 2 / g or more, preferably 100 to 300 m 2 / g, more preferably by adding carbon black in the range of 120~300m 2 / g, it is controlled to a desired resistance. As described above, when carbon black having a large specific surface area, that is, a small particle size is used, even a fluororesin can be adjusted to a system having excellent dispersibility, and as a result, surface smoothness can be improved. A rich charging member can be obtained. However, if the particle size is too small, it takes time for the dispersion work, and the above-described range is preferable.
[0008]
The carbon black is not particularly limited as long as it satisfies the above specific surface area. However, in order to keep the resistance increase during energization relatively low, the DBP (dibutyl phthalate) absorption amount is 100 ml / 100 g. preferably the following, Ri is preferably der the following 80 ml / 100 g Furthermore, it is preferred that the particular 46~65ml / 100g.
Since carbon black with such a small DBP absorption amount does not develop a structure, the amount of addition for adjusting to a desired resistance is slightly increased, but conversely, the number of conduction paths is increased, so that the resistance rises during energization. Can be kept low.
Examples of the carbon black having a specific surface area in the above range and satisfying the DBP absorption amount described above include # 2300 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), # 2400 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), Printex55 (manufactured by Degussa) ), # 40 [Mitsubishi Chemical Corporation], # 44 [Mitsubishi Chemical Corporation], # 45 [Mitsubishi Chemical Corporation], # 52 [Mitsubishi Chemical Corporation], and SAF, ISAF, SRF, etc. are mentioned. These carbon blacks may be used alone or in combination of two or more.
[0009]
On the other hand, examples of the fluorine resin include polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, and tetrafluoroethylene-ethylene copolymer. , Polychlorotrifluoroethylene, chlorotrifluoroethylene-ethylene copolymer, tetrafluoroethylene-vinylidene fluoride copolymer, polyvinylidene fluoride, and polyvinyl fluoride. These fluorine-based resins include water-based resin types and organic solvent-based resin types, but are particularly excellent in water resistance and are not dependent on the environment, especially organic solvent-based resin types, especially polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl. Organic solvent resin types such as vinyl ether copolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, and tetrafluoroethylene-ethylene copolymer are suitable. These fluororesins may be used alone or in combination of two or more.
The aqueous resin type means a resin that can be dissolved or dispersed in water using water as a solvent. The organic solvent resin type means a resin that can be dissolved or dispersed in an organic solvent using the solvent as an organic solvent.
[0010]
Moreover, in this invention, another resin can be added to the said fluororesin as needed. In this case, examples of other resins used include acrylic resins, polyurethane resins, nylon resins, silicone resins, polyester resins, epoxy resins, celluloses, melamine resins, and the like. From the viewpoint of improving dispersibility, acrylic resins and polyurethanes are used. Resin and nylon resin are preferred. These may be added alone or in appropriate combination.
[0011]
The resistance of the surface layer in the charging member of the present invention is a volume specific resistance value, usually 10 3 to 10 12 Ω · cm, preferably 10 5 to 10 10 Ω · cm. Based on the total amount of the surface layer, it is usually added in a proportion of 0.01 to 40% by weight, preferably 5 to 20% by weight.
The thickness of the surface area is not particularly limited, but is preferably 50 μm or less, particularly preferably 1 to 30 μm, and if it exceeds 50 μm, it may become hard and the flexibility of the surface layer may be impaired.
Further, it is possible to form a plurality of layers. In this case, the outermost surface layer only needs to contain at least the fluororesin and carbon black having a specific surface area of 100 m 2 / g or more. May be composed of any resin. Here, as the resin and conductive agent used in the lower layer, the resin and conductive agent exemplified in the surface layer can be exemplified.
In addition, a crosslinking agent, a thickener, a thixotropy imparting agent, a structural viscosity imparting agent, and the like can be appropriately added to any layer as necessary.
The thickener, thixotropic agent, and structural viscosity agent are appropriately selected from inorganic and organic materials.
The surface layer may be formed by any method as long as the surface layer that satisfies the above-mentioned conditions is formed from a fluororesin and carbon black, and is not particularly limited. For example, a dipping method, a spray method, An extrusion method or the like can be used.
[0012]
In the charging member of the present invention, an elastic layer may be provided in the lowermost layer in order to ensure the contact between the charging member and the member to be charged. There is no restriction | limiting in particular as this elastic layer, It can form with the rubber | gum and resin conventionally used as the elastic layer of a charging member, or these foams (foam). Specifically, rubbers using base rubbers such as polyurethane, silicone rubber, butadiene rubber, isoprene rubber, chloroprene rubber, styrene-butadiene rubber, ethylene-propylene rubber, polynorbornene rubber, styrene-butadiene-styrene rubber, epichlorohydrin rubber, etc. Examples of the composition include polyurethane, and polyurethane foam having a foaming ratio of 1.5 to 50 times is more preferable. In this case, the foam density is suitably about 0.05 to 0.9 g / cm 3 .
Predetermined conductivity can be imparted to the elastic layer by adding a conductive agent such as an ionic conductive agent or an electronic conductive agent.
[0013]
Here, examples of the ion conductive agent include tetraethylammonium, tetrabutylammonium, dodecyltrimethylammonium such as lauryltrimethylammonium, octadecyltrimethylammonium such as stearyltrimethylammonium, hexadecyltrimethylammonium, benzyltrimethylammonium, modified aliphatic dimethylethyl. Perchlorates such as ammonium, chlorates, hydrochlorides, bromates, iodates, borofluorides, sulfates, alkyl sulfates, carboxylates, sulfonates, ammonium salts; lithium, Perchlorates, chlorates, hydrochlorides, bromates, iodates, borofluorides, trifluoromethyl sulfates of alkali metals or alkaline earth metals such as sodium, calcium, magnesium, Such as sulfonic acid salts, and the like.
[0014]
On the other hand, examples of the electronic conductive agent include conductive carbon black such as ketjen black and acetylene black; carbon black for rubber such as SAF, ISAF, HAF, FEF, GPF, SRF, FT and MT; Examples include carbon black for ink, pyrolytic carbon black, graphite; conductive metal oxides such as tin oxide, titanium oxide, and zinc oxide; metals such as nickel and copper.
These conductive agents may be used alone or in combination of two or more. Moreover, there is no restriction | limiting in particular as addition amount of these electrically conductive agents, Although it selects suitably according to various situations, in the case of an ionic electrically conductive agent, 0.01-5 normally with respect to 100 weight part of rubber materials. Parts by weight, preferably 0.05 to 2 parts by weight. Moreover, in the case of an electronic conductive agent, it is 0.5-50 weight part normally, Preferably it is the range of 1-40 weight part. Thereby, it is preferable to adjust the volume resistivity value of the elastic layer to 10 3 to 10 10 Ω · cm, particularly 10 4 to 10 8 Ω · cm.
[0015]
In addition to the conductive agent, other additives for rubber such as known fillers and crosslinking agents can be appropriately added to the elastic layer as necessary.
Further, as described above, if the charging member has irregularities on its surface, toner may be clogged in the concave portion as described above, which may cause image defects. Therefore, the surface of the member is preferably as smooth as possible. In the present invention, although not particularly limited, the JIS 10-point average roughness Rz is preferably 4 μm or less, particularly 3 μm or less, and more preferably 2 μm or less.
In order to stably form an image in various environments, it is preferable to use a charging member that absorbs less water. In the present invention, the contact angle with respect to water is 90 degrees or more, although not particularly limited. In particular, it is preferably 95 ° or more, particularly preferably 100 ° or more.
Further, the surface hardness of the charging member is preferably 10 N / mm 2 or less in terms of universal hardness at a depth of 7 μm. By optimizing the universal hardness, it is possible to perform a stable charging operation over a long period of time without causing performance deterioration due to deformation of the charging member due to the mixing of residual toner, and it is possible to further improve durability. .
[0016]
The universal hardness is obtained by pushing the indenter into the object to be measured while applying a load.
Universal hardness = [Test load] / [Surface area of contact of the indenter with the test object under the test load] (I)
And the unit is expressed in N / mm 2 .
The universal hardness can be measured using a commercially available hardness measuring device, and can be measured using, for example, an ultra micro hardness meter H-100V (manufactured by Fischer). In this measuring device, a quadrangular pyramid or triangular pyramid shaped indenter is pushed into the object to be measured while applying a test load, and when the desired depth is reached, the indenter comes into contact with the object to be measured. The surface area is calculated, and the universal hardness is calculated from the above formula (I).
[0017]
In addition, there is no restriction | limiting in particular about the measurement conditions of this universal hardness, Any conditions may be sufficient if the universal hardness by the said indentation depth is calculated | required. For example, in the case of measuring universal hardness using the above micro hardness meter H-100V (manufactured by Fischer), the following conditions can be exemplified, and the indenter is gradually increased to a predetermined indentation depth under the following conditions. The universal hardness can be obtained from the load and the contact area of the indenter when the indentation depth reaches a desired depth.
Example of measurement conditions Indenter: Square pyramid diamond indenter with a face-to-face angle of 136 degrees Initial load: 0.02 mN
Maximum load: 5-400mN
Load increase time from initial load to maximum load: 10 to 60 seconds
The charging member of the present invention is disposed in contact with a charged body such as a photosensitive drum, and the charged body is charged by applying a voltage between the charged body and the charging member of the present invention. In this case, the voltage applied between the charging member and the member to be charged may be a DC voltage or an AC voltage, and is not particularly limited. It is preferable to perform charging by applying a voltage on which an alternating voltage is superimposed, whereby the object to be charged can be more uniformly charged. Further, although not particularly limited, the contact pressure between the charging member of the present invention and the member to be charged is preferably 50 to 2000 g, particularly 100 to 1000 g, so that good charging can be reliably obtained. Can do.
The present invention also provides a charging device using the above-described charging member of the present invention.
The charging device of the present invention is exemplified by a charging device configured such that a charging member is brought into contact with a member to be charged such as a photosensitive drum at a predetermined pressure and a voltage is applied between the voltage applying unit and the member to be charged. However, the present invention is not limited to this, and the form of the member to be charged and the charging member, the voltage application method using the voltage application means, and the like may be changed as appropriate.
[0019]
【Example】
EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited at all by these examples.
Example 1
An elastic layer A having a thickness of 3000 μm is formed on a metal shaft, a coating layer A having a thickness of 120 μm is formed thereon, and a coating layer B having a thickness of 5 μm is formed thereon (outermost layer). Thus, a charging roller was produced. The elastic layer A, coating layer A and coating layer B (outermost layer) are as follows. The obtained charging roller had a universal hardness of 8.1 N / mm 2 at a depth of 7 μm from the surface, a JIS 10-point average roughness Rz of 2.7 μm, and a contact angle with water of 101 degrees.
When the roller was mounted on a printer and an image was taken out, a good image was obtained. Furthermore, there was no image abnormality even when 8000 images were continuously displayed.
Elastic layer A
This is a polyurethane foam having a density of 0.55 g / cm 3 and produced by adding carbon black to a polyester polyol and a polyisocyanate compound.
Coating A
A coating film formed by applying a paint containing carbon black to urethane acrylic resin (trade name: EAU77B, manufactured by Asia Industries Co., Ltd.) and adjusting the volume resistivity to 6.3 × 10 7 Ω · cm Is a layer.
Coating film B
A paint obtained by adding a fluorine-based resin [trade name: Kyner 7200P (copolymer of tetrafluoroethylene and vinylidene fluoride), manufactured by Elfatechem] and carbon black (trade name: Printex 55, manufactured by Degussa) to a methyl ethyl ketone solvent. It is a coating layer formed by coating and having a volume solid resistance value adjusted to 3.3 × 10 7 Ω · cm. Carbon black (Printex55) has a specific surface area of 110 m 2 / g and a DBP absorption of 46 ml / 100 g.
[0020]
Example 2
A charging roller was prepared in the same manner as in Example 1 except that the coating layer B was changed to the coating layer C.
The obtained charging roller had a universal hardness of 7.4 N / mm 2 at a depth of 7 μm from the surface, a JIS 10-point average roughness Rz of 2.9 μm, and a contact angle with water of 103 degrees.
When the roller was mounted on a printer and an image was taken out, a good image was obtained. Furthermore, there was no image abnormality even when 8000 images were continuously displayed.
Coating layer C
It is formed by coating a methyl ethyl ketone solvent with a fluorine resin (trade name: Kyner 7200P) and carbon black (# 2300, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), and has a volume resistivity of 3.3 × 10. It is a coating layer adjusted to 7 Ω · cm. Carbon black (# 2300) has a specific surface area of 260 m 2 / g and a DBP absorption of 65 ml / 100 g.
[0021]
Comparative Example 1
A charging roller was produced in the same manner as in Example 1 except that the coating layer B was changed to the coating layer D.
The obtained charging roller had a universal hardness of 9.4 N / mm 2 at a depth of 7 μm from the surface, a JIS 10-point average roughness Rz of 6.9 μm, and a contact angle with water of 95 degrees.
When the above roller was mounted on a printer and an image was output, a good image was obtained at the beginning, but when a continuous image was output, a black spot image defect occurred from 5500 sheets. When the charging roller was taken out and observed, toner was deposited in the concave portion of the roller.
Coating layer D
It is formed by applying a coating material in which a fluorine-based resin (trade name: Kyner 7200P) and carbon black (# 3050, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) is added to a methyl ethyl ketone solvent, and the volume resistivity value is 4.1 × 10. It is a coating layer adjusted to 7 Ω · cm. Carbon black (# 3050) has a specific surface area of 50 m 2 / g and a DBP absorption of 180 ml / 100 g.
[0022]
Comparative Example 2
A charging roller was produced in the same manner as in Example 1 except that the coating layer B was changed to the coating layer E.
The obtained charging roller had a universal hardness of 9.9 N / mm 2 at a depth of 7 μm from the surface, a JIS 10-point average roughness Rz of 4.6 μm, and a contact angle with water of 71 degrees.
When the above roller was mounted on a printer and an image was output, a good image was obtained at the beginning, but when continuous images were output, fog and black spot image defects occurred from 4500 sheets. When the charging roller was taken out and observed, the toner adhered to the roller surface, and the toner was deposited particularly on the concave portion.
Coating layer E
It is formed by applying a paint in which a nylon resin (trade name: EF30T, manufactured by Teikoku Chemical Industry Co., Ltd.) and carbon black (# 2300, manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd.) is added to a methanol solvent. Is a coating layer adjusted to 4.8 × 10 7 Ω · cm. The specific surface area of carbon black (# 2300) is 260m 2 / g, D B P uptake 65 ml / 100 g.
[0023]
【The invention's effect】
The charging member of the present invention has at least a surface layer containing a fluorine-based resin and carbon black having a specific surface area, and has excellent durability. In a copying machine, a printer, etc., an electrostatic latent image It is suitably used for the creation process.
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