JP4286343B2 - Charging member and charging device - Google Patents
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【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンター等における静電潜像プロセスで、感光体等の被帯電体を帯電させる場合に好適に用いられる帯電部材及び帯電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
複写機、プリンター等の電子写真装置においては、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する静電潜像プロセスにより静電潜像を得、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、従来、感光体を帯電させる操作には、一般的にコロナ放電方式が採用されてきた。しかしながら、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、機械の安全保守等の観点から好ましくないものである。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。
【0003】
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おり、新たな帯電方式として、電圧を印加した帯電用部材を感光体等の被帯電体に所定の圧力で接触させることにより、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。
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、ゴムやウレタンフォ一ム等からなる弾性層の表面に、アクリル、ウレタン、ナイロン等の樹脂を有機溶剤に溶解した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これらの樹脂の塗膜層を形成し、表面の平滑性確保やトナーの付着防止を図るものが知られている。 ・
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記樹脂を有機溶剤に溶解した樹脂溶液を塗布して上記塗膜層を形成すると、弾性層を形成するゴムやウレタンフォーム等の弾性体が有機溶剤によって膨潤して表面に凹凸を生じ、表面の平滑性の確保が困難になってしまう。これを防ぐための手段として、水性塗料を用いて塗膜層を形成する方法があるが、この方法では塗膜層が親水性になり、水に濡れやすくなってしまうため、高温高湿の条件下では、塗膜層が水分によって膨潤又は一部溶解し、表面が不均一になるため、画像不良を起こしてしまうという問題が生じていた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は複写機、プリンター等における静電潜像プロセスに用いた場合でも、表面平滑性に優れ、高温高湿下でも画像不良を起こさない帯電部材、及び該帯電部材を用いた帯電装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、水系樹脂を用いた特定の性状の塗膜層を弾性層の外側に形成した帯電部材により、弾性層が膨潤することなく表面平滑性に優れ、また、塗膜の耐水性が向上し、高温高湿下でも塗膜の溶解が起こらず、画像不良を起こさない帯電部材が得られることを見出し、本発明を完成したものである。
【0006】
すなわち、本発明は、被帯電体に当接させ、この被帯電体との間に電圧を印加することにより、前記被帯電体を帯電させる帯電部材において、弾性層と、該弾性層の外側に直接または他の層を介して形成された塗膜層とを有し、該塗膜層が水系樹脂で形成され、かつ水に対する接触角が100°を超えることを特徴とする帯電部材、及び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、前記帯電部材として上記本発明の帯電部材を用いることを特徴とする帯電装置に関するものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に詳細に説明する。
本発明の帯電部材は、上述のように、弾性層を有すると共に、該弾性層の外側に塗膜層を形成したものである。その形態は、被帯電体と安定的に接触することができ、電圧印加によって該被帯電層に均一に電荷を与えることができるものであればいずれの形態も使用することができ、例えば、ロール状、プレート状、ブロック状、球状、ブラシ状等の種々の形状とすることができるが、通常はロ−ル状とすることが好ましい。ロール状に形成する場合には、例えば図1に示すように、弾性層3をシャフト2の外周に形成し、該弾性層3の外側に、塗膜層4を形成した帯電部材1を例示することができる。この場合、上記シャフト2は金属あるいはプラスチック製のシャフトを用いることができ、また帯電部材の形態や帯電部材が用いられる帯電装置の機構などによっては、このシャフト2を省略することもできる。
【0008】
上記弾性層3は特に制限されるものではなく、ゴムあるいは樹脂、又はこれらの発泡体(以下、「フォーム」という)で形成することができ、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、スチレンーブタジエンゴム、エチレンープロピレンゴム、ポリノルボルネンゴム、スチレンーブタジエンースチレンゴム、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、本発明においては、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密度は、0.05〜0.9g/cm3 程度が適当である。
上記弾性層3には、導電剤を添加することにより、所定の抵抗値を付与することができる。
【0009】
その導電剤としては、特に限定はされないが、例えば、ラウリ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、オクタドデシルトリメチルアンモニウム、ド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、変性脂肪酸・ジメチルエチルアンモニウムの過塩素酸塩、塩素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、硫酸塩、エトサルフェート塩、臭化ベンジル塩、塩化ベンジル塩等のハロゲン化ベンジル塩等の第四級アンモニウム塩等の陽イオン性界面活性剤、脂肪族スルホン酸塩、高級アルコ一ル硫酸エステル塩、高級アルコールエチレンオキサイド付加硫酸エステル塩、高級アルコール燐酸エステル塩、高級アルコールエチレンオキサイド付加燐酸エステル塩等の陰イオン界面活性剤、各種ベタイン等の両性イオン界面活性剤、高級アルコールエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、多価アルコール脂肪酸エステル等の非イオン性帯電防止剤等の帯電防止剤、LiCF3 SO3 、NaClO4 、LiAsF6 、LiBF4 、NaSCN、KSCN、NaCl等のLi+ 、Na+ 、K+ 等の周期律表第1族の金属塩、あるいはNH4 + 塩等の電解質、また、Ca(ClO4 )2 等のCa2+、Ba2+等の周期律表第2族の金属塩、及びこれらが、少なくとも1個以上の水酸基、カルボキシル基、一級ないし二級アミン基等のイソシアネートと反応する活性水素を有する基を持ったもの、l,4−ブタンジオール、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール等の多価アルコールとその誘導体等の錯体あるいはエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル等のモノオールとの錯体等のイオン導電剤、又はケッチェンブラックEC、アセチレンブラック等の導電性カーボン、SAF、ISAF、HAF、FEF、GPF、SRF、FT、MT等のゴム用カーボン、酸化処埋を施したカラー(インク)用カーボン、熱分解カーボン、天然グラファイト、人造グラファイト、アンチモンドープの酸化錫、酸化チタン、酸化亜鉛、ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属及び金属酸化物、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレン等の導電性ポリマー等が挙げられる。
【0010】
上記導電剤の配合量は、組成物の種類に応じて適宜選定されるが、通常は弾性層3の体積抵抗率が1×100 〜1×108 Ω・cm、好ましくは1×102 〜1×106 Ω・cmとなるように調整される。
本発明において、弾性層3の外側に形成される塗膜層4は、水系樹脂から形成され、かつ水に対する接触角が100°以上を超える塗膜で形成されたものである。
【0011】
ここで水系樹脂とは、溶媒が水であるものであればよく、水溶性タイプ、エマルジョンタイプ、サスペンジョンタイプ等いずれの形態でも使用できるが、塗料の粘度を上昇させずに樹脂の分子量を大きくでき、形成された塗膜の強度が優れるという点でエマルジョンタイプが好適に用いられる。
樹脂をエマルジョン化する方法としては、界面活性剤を添加して乳化する方法(強制乳化型)と、カルボキシル基、水酸基等の親水性の官能基を樹脂中に導入して乳化する方法(自己乳化型)が挙げられるが、界面活性剤が塗膜層中に存在すると、接触角を低下させ、また感光体を汚染する等の問題があるため、本発明においては自己乳化型のものが好適に用いられる。
【0012】
塗膜層4を形成する水系樹脂としては、撥水性、低摩擦性等の観点から、水系フッ素樹脂が好適に用いられる。水系フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンーヘキサフルオロプロピレン共重合体、フルオロエチレンービニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレンーパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、エチレンーテトラフルオロエチレン共重合体、エチレンークロロトリフルオロエチレン共重合体等が挙げられるが、低温での成膜性や顔料との親和性からフルオロエチレンービニルエーテル共重合体のエマルジョンが好適に用いられる。
【0013】
また、本発明においては、塗膜の平滑性の確保やトナー付着性の低下のため、フッ素樹脂微粒子を水中に分散させたディスパージョンタイプの水系フッ素樹脂を用いることができ、特にテトラフルオロエチレンの微粒子を水中に分散させたディスパージョンタイプの水系フッ素樹脂が好適に用いられる。また、用いられるフッ素樹脂微粒子の粒径は、特に制限されるものではないが、5μm以下、特に、平滑性の観点から0.05〜1μmであることが好ましい。
【0014】
なお、塗膜層4に含有される上記水系フッ素樹脂とフッ素樹脂微粒子の合計量は、全樹脂中の50重量%以上、特に60重量%以上であることが好ましく、これより少ないと接触角が100°未満となってしまい、本発明の目的、すなわち、塗膜の耐水性を向上させ、高温高湿下でも溶解しにくい塗膜が得られ画像不良を防止できる等の点が達せられなくなってしまう。
更に、この塗膜層4には、塗膜の成膜性を高め、乾燥時にひび・割れ等が発生するのを防ぐために、他の水系樹脂を添加することが好ましい。用いられる水系樹脂としては、ポリビニルアセタール樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂等が好適に挙げられ、これらの1種または2種以上の樹脂を混合して用いることができる。
【0015】
本発明によれば、撥水・耐水性の優れた塗膜を形成することができるが、更なる耐水性の向上や力学特性の改善のため、塗膜層4には、上記水系樹脂を架橋するため架橋剤を添加することができる。この場合、架橋剤は用いられる樹脂の種類等に応じて適宜選択されるものであり、所望の架橋効果が得られるものであればいずれのものでもよいが、通常は、オキサゾリン系、エポキシ系、メラミン系、グアナミン系、イソシアネート系、フェノール系等の架橋剤が好適に用いられる。なお、架橋剤の添加量は、通常、樹脂100重量部に対して0.1〜50重量部の範囲とされるが、所望の接触角が得られるのであれば、上記添加量の範囲を逸脱することは何ら差し支えない。
【0016】
また、この塗膜層4には、導電剤を添加して導電性を付与又は調整することができ、通常は体積抵抗率が1×103 〜1×1012Ω・cm、特に1×105 〜1×1010Ω・cmとなるように調整することが好ましい。この場合、導電剤としては、上記弾性層3で例示したものと同様の導電剤を例示することができるが、特にカーボンが好ましく用いられる。導電剤の添加量は、導電剤の種類などに応じて上記体積抵抗率になるように適宜選定され、特に制限されるものではないが、導電剤としてカーボンを用いる場合には、通常0.01〜40重量%、特に5〜20重量%程度とされる。
【0017】
塗膜層4において導電剤として用いられる上記カーボンとしては、その種類は特に制限されるものではないが、酸素含有率が5%以上、更に7%以上であることが好ましく、かつpHが5以上、更に6以上、特に7以上であることが好ましい。即ち、通常のカーボンの酸素含有率は0.1〜3%程度であり、一部、酸化処理を施したカーボンも存在するが、この酸化処理を施したカーボンは、酸素含有率が増加するにつれてpHが酸性側へとシフトしてしまう傾向がある。このようにカーボンが酸性になると、これを水系樹脂(具体的には、水系フッ素樹脂)に添加した場合、安定性が低下するおそれがある。
【0018】
これに対して、本発明に好適に用いられる上記酸素含有量及びpHを有するカーボンは、酸素含有率が多いにもかかわらず、中性ないしアルカリ性を維持したものであり、安定的に水系フッ素樹脂に添加し得るものである。このような酸素含有率及びpHを有するカーボンの詳細な構造は明らかではないが、本発明においてはカーボン表面にカルボキシル基、水酸基、ケトン基等の官能基を付け、しかもこれらの官能基が有する水素の一部をナトリウム等のアルカリ金属で置換させたものが好適に使用される。
【0019】
なお、この塗膜層4は、上記水系樹脂を含み、かつ水に対する接触角が100°を超える塗膜であればよく、本発明の目的を逸脱しない範囲において、必要に応じ、上記水系樹脂以外の樹脂を含有することもできる。また、塗膜層4は必要に応じて複数層から構成することもできる。
更に、この塗膜層4には、本発明の目的を逸脱しない範囲において、造膜助剤、顔料分散剤、増粘剤、レベリング剤、チクソトロピー性付与剤、構造粘性付与剤等の適宜な添加剤を必要に応じて適量添加することができる。
【0020】
上記塗膜層4は、本発明の帯電部材の最外層、すなわち、帯電部材の表面を形成する層であり、この塗膜層4の表面粗さが部材の表面粗さとなる。本発明においては、この塗膜層4の表面粗さ、すなわち、部材の表面粗さは、画像不良等を防止する観点から、JIS10点平均粗さRzで4μm以下、更に3μm以下、特に2μm以下とすることが好ましい。このような表面粗さは、前記のような水系樹脂を用いて塗膜層4を形成することにより容易に達成することができる。
【0021】
なお、塗膜層4の厚みについては、特に制限されるものではないが、30μm以下、特に1〜15μmとすることが好ましい。塗膜層4の厚みが30μmを超えると、膜が硬くなり過ぎて塗膜層4の柔軟性が損なわれてしまう場合がある。
上記塗膜層4の形成方法は、特に制限されるものではないが、塗膜層4を構成する上記各成分を含む塗料を調整し、この塗料をディッピング法やスプレー法により塗布する方法が好ましく用いられる。
【0022】
本発明の帯電部材は、例えば、上述のように、弾性層3の外側に塗膜層4を最外層として形成するものであるが、必要に応じて弾性層3と塗膜層4との間に他の塗膜層を中間層として形成することができる。例えば、弾性層3をポリウレタンフォームを用いて形成した場合には、電圧印加時の騒音を低減化させ、かつ弾性層3の表面平滑性を向上させるために、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ナイロン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン変性アクリル樹脂、ブチラール樹脂、フェノール樹脂、塩化ビニリデン系共重合体、ポリビニルアセタール樹脂等の基剤樹脂に導電剤を添加した塗膜を中間層として設けることができる。なお、この中間層として設けられる塗膜を形成する樹脂も特に制限されるものではないが、本発明においては水系の樹脂を用いることが好ましい。
【0023】
本発明の帯電部材は、上述したように、上記塗膜層4に水系樹脂を用いることにより、ディップ法やスプレー法により弾性層3上や中間層上に塗膜層を形成する際にも、弾性層3や中間層が膨潤することなく平滑な部材表面が得られ、これにより残留トナーの付着が効果的に防止される。更に、塗膜層4の水との接触角を100°以上となるように調節することにより、塗膜の耐水性が向上し、高温高湿下でも溶解しにくい塗膜が得られ、画像不良を防止することができるものである。なお、塗膜層4として有機溶剤系の樹脂のみを用いた場合には、まず良好な表面平滑性を得ることができず、残留トナーが使用初期から付着してしまい、また塗膜層4の水との接触角が100°未満では、水に濡れやすく、高温高湿下で画像不良が発生してしまうものである。
【0024】
本発明においては、接触角とは、図2に示すように、測定対象である固体Sの表面に、例えば水などの液体Lを滴下した時、固体S表面と液面とのなす角θをいい、このθが大きいことは水に対して濡れにくいことを意味する。上記接触角θは、ゴニオメータ等の測角器を用いて測定することができるが、本発明においては、帯電ローラに水を滴下した時の接触角を、画像処理式接触角計(例えば、協和界面科学(株)、CA−X型)を用いて測定し、得られた値を用いる。
【0025】
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、これと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、本発明の帯電部材と被帯電体との接触圧力は特に制限されるものではないが、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。
【0026】
本発明の帯電部材を用いた帯電装置については、例えば、図3に示すように、本発明の帯電部材1を感光ドラム等の被帯電体5に所定の圧力で当接させ、電圧印加手段6から被帯電体5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5、帯電部材1の形態や電圧印加手段6による電圧印加方式等は適宜変更して差し支えない。
【0027】
【実施例】
次に、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、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
金属性シャフトの外周に、厚さ3000μmの弾性層Aを形成し、該弾性層A上に厚さ300μmの塗膜層Aを形成し、更に該塗膜層Aの上に厚さ10μmの塗膜層Bを各々ディッピング法を用いて形成し、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の構成は、各々下記の通りである。得られた帯電ローラの表面粗さはJlS10点平均粗さRzで0.5μmであり、帯電ローラ表面の水との接触角は110°であった。尚、接触角は前記の方法を用いて測定した。
【0028】
弾性層A
ポリエステル系ポリオール、イソシアネートにカーボンを添加して調製したポりウレタンフォ−ム(密度0.48g/cm3 )からなるものである。
塗膜層A
水系アクリル樹脂にカーボンを添加した塗料を塗布することにより形成し、体積抵抗率を5×107 Ω・cmに調整した。
塗膜層B
ポリテトラフルオロエチレン微粒子ディスパージョン(粒径:0.15μm、20重量%)、フルオロエチレンービニルエーテル共重合体水系フッ素樹脂(55重量%)、及び水系ウレタン樹脂(25重量%)をブレンドし、カーボンを添加した塗料を塗布することにより形成し、体積抵抗率を5×107 Ω・cmに調整した。なお、カーボンは酸素含有量が10%、pHが7.3のものを用いた。
【0029】
得られた帯電ローラをプリンターに装着して、常温常湿(20℃/50%RH)にて画像出ししたところ、良好な画像が得られた。また、高温高湿(32℃/85%RH)にて画像出ししても、良好な画像が得られた。さらに、連続6000枚画像出しをしても画像の劣化はなかった。
比較例1
塗膜層Bを下記塗膜層Cに換えたこと以外は、実施例1と同様の帯電ローラを作製した。得られた帯電ローラの表面粗さはJIS10点平均粗さRzで、0.5μmであり、帯電ローラ表面の水との接触角は67°であった。
【0030】
塗膜層C
ポリテトラフルオロエチレン微粒子ディスパージョン(粒径:0.15μm、50重量%)、水性塩化ビニリデン樹脂(30重量%)、及び水性ブチラール樹脂(20重量%)をブレンドし、カーボンを添加した塗料を塗布することにより形成し、体積抵抗率を5×107 Ω・cmに調整した。なお、カーボンは酸素含有量が10%、pHが7.3のものを用いた。
得られた帯電ローラをプリンターに装着して、高温高湿(32℃/85%RH)にて画像出ししたところ、初期から画像に糸を引くような不良が発生し、ローラを観察すると塗膜層Cが所々溶解していた。
【0031】
比較例2
塗膜層Aを下記塗膜層Dに代え、かつ塗膜層Bを下記塗膜層Eに代えたこと以外は実施例1と同様の帯電ローラを作製した。得られた帯電ローラの表面粗さはJISl0点平均粗さRzで9.2μmであり、帯電ローラの水との接触角は76°であった。
塗膜層D
トルエンに溶解させたウレタンにケッチェンブラックカーボンを添加した塗料を塗布することにより形成し、体積抵抗率を5×107 Ω・cmに調整した。
塗膜層E
メタノールに溶解させたナイロンにケッチェンブラックカーボンを添加した塗料を塗布することにより形成し、体積抵抗率を5×107 Ω・cmに調整した。
得られた帯電ローラについて実施例1と同様にして画像出ししたところ、500枚画像出しした時点で画像に点状の不良が発生し、ローラを観察すると、表面の凹凸の凹部内にトナーが付着していた。
【0032】
【発明の効果】
本発明の帯電部材によれば、複写機、プリンター等における静電潜像プロセスに用いた場合でも、トナーの付着などによる性能低下を生じることなく長期に亘って安定した帯電性能を発揮することができる。
従って、本発明の帯電部材を用いた帯電装置によれば、長期使用による帯電性能の低下を生じることなく、良好な帯電操作を長期に亘って安定的に行うことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の帯電部材の構成の一例を示す断面図である。
【図2】本発明における接触角を説明するための断面図である。
【図3】本発明の帯電装置の構成の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 帯電部材
2 シャフト
3 弾性層
4 塗膜層
5 被帯電体
6 電圧印加手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a charging member and a charging device that are preferably used when a charged object such as a photoconductor is charged in an electrostatic latent image process in a copying machine, a printer, or the like.
[0002]
[Prior art]
In an electrophotographic apparatus such as a copying machine or a printer, first, the surface of the photoconductor is uniformly charged, and an image is projected onto the photoconductor from the optical system to erase the charged portion of the light. An electrostatic latent image is obtained by an electrostatic latent image process for forming a latent image, and then printing is performed by forming a toner image by adhesion of toner and transferring the toner image to a recording medium such as paper. .
In this case, conventionally, a corona discharge method has been generally employed for the operation of charging the photoreceptor. However, the corona discharge method requires application of a high voltage of 6 to 10 kV, which is not preferable from the viewpoint of safety maintenance of the machine. In addition, since harmful substances such as ozone and NOx are generated during corona discharge, there is also an environmental problem.
[0003]
For this reason, efforts have been made to charge systems that can be charged at a lower applied voltage than corona discharge and that can suppress the generation of harmful substances such as ozone. There has been proposed a contact-type method 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.
As a charging member used in this contact charging method, for example, a resin solution obtained by dissolving a resin such as acrylic, urethane or nylon in an organic solvent on the surface of an elastic layer made of rubber, urethane foam or the like is a dipping method or the like. It is known to apply a spray method or the like to form a coating film layer of these resins to ensure surface smoothness and prevent toner adhesion.・
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a resin solution in which the resin is dissolved in an organic solvent is applied to form the coating layer, an elastic body such as rubber or urethane foam that forms the elastic layer is swollen by the organic solvent, causing irregularities on the surface, It becomes difficult to ensure the smoothness of the surface. As a means for preventing this, there is a method of forming a coating film layer using a water-based paint, but in this method, the coating film layer becomes hydrophilic and easily wetted with water. Below, the coating layer swells or partially dissolves due to moisture, and the surface becomes non-uniform, resulting in a problem of image defects.
The present invention has been made in view of the above circumstances. That is, the present invention is a charging member that is excellent in surface smoothness even when used in an electrostatic latent image process in a copying machine, a printer, etc., and does not cause image defects even under high temperature and high humidity, and a charging device using the charging member The purpose is to provide.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the elastic layer swells due to the charging member in which a coating layer having a specific property using a water-based resin is formed outside the elastic layer. The present invention was completed by discovering that the surface smoothness was excellent, the water resistance of the coating film was improved, the coating film did not dissolve even under high temperature and high humidity, and a charging member that did not cause image defects was obtained. Is.
[0006]
That is, according to the present invention, in a charging member that charges a charged body by contacting the charged body and applying a voltage between the charged body, an elastic layer and an outer side of the elastic layer. And a coating member formed directly or via another layer, the coating layer being formed of a water-based resin, and a contact angle with water exceeding 100 °, and a coated member A charging device comprising: a charging member that contacts a charging body and charges the object to be charged; and a voltage applying unit that applies a voltage between the charging object and the charging member. The present invention relates to a charging device using the charging member.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
As described above, the charging member of the present invention has an elastic layer and a coating layer formed outside the elastic layer. As the form, any form can be used as long as it can stably come into contact with the member to be charged and can uniformly charge the layer to be charged by applying a voltage. Shape, plate shape, block shape, spherical shape, brush shape, and the like, but in general, a roll shape is preferable. In the case of forming in a roll shape, for example, as shown in FIG. 1, the charging member 1 in which the elastic layer 3 is formed on the outer periphery of the shaft 2 and the
[0008]
The elastic layer 3 is not particularly limited, and can be formed of rubber or resin, or a foam thereof (hereinafter referred to as “foam”). Specifically, polyurethane, silicone rubber, butadiene rubber, Examples of rubber compositions using isoprene rubber, chloroprene rubber, styrene-butadiene rubber, ethylene-propylene rubber, polynorbornene rubber, styrene-butadiene-styrene rubber, epichlorohydrin rubber, etc. as the base rubber, Polyurethane is particularly preferable, and a polyurethane foam having an expansion 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 .
A predetermined resistance value can be imparted to the elastic layer 3 by adding a conductive agent.
[0009]
The conductive agent is not particularly limited. For example, lauryltrimethylammonium, stearyltrimethylammonium, octadodecyltrimethylammonium, dodecyltrimethylammonium, hexadecyltrimethylammonium, modified fatty acid / dimethylethylammonium perchlorate, chloric acid Cationic surfactants such as quaternary ammonium salts such as salts, borohydrofluoric acid salts, sulfate salts, etosulphate salts, benzyl bromide salts, benzyl chloride salts, and the like, aliphatic sulfonates Anionic surfactants such as higher alcohol sulfate, higher alcohol ethylene oxide addition sulfate, higher alcohol phosphate, higher alcohol ethylene oxide addition phosphate, and amphoteric ions such as various betaines Surfactants, higher alcohol ethylene oxide, polyethylene glycol fatty acid esters, polyhydric alcohol fatty acid ester of a non-ionic antistatic agents antistatic agents such as, LiCF 3 SO 3, NaClO 4 , LiAsF 6, LiBF 4, NaSCN, KSCN Li + such as NaCl, Na + , metal salts of Group 1 of the periodic table such as K + , electrolytes such as NH 4 + salts, and Ca 2+ and Ba 2+ such as Ca (ClO 4 ) 2 A metal salt of Group 2 of the periodic table, and the like, and those having a group having an active hydrogen that reacts with an isocyanate such as at least one hydroxyl group, carboxyl group, primary or secondary amine group, 4-butanediol, ethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, polyethylene glycol and other polyhydric alcohols Complexes such as derivatives, or ion conductive agents such as complexes with monools such as ethylene glycol monomethyl ether and ethylene glycol monoethyl ether, or conductive carbon such as ketjen black EC and acetylene black, SAF, ISAF, HAF, FEF, Carbon for rubber such as GPF, SRF, FT, MT, carbon for color (ink) subjected to oxidation treatment, pyrolytic carbon, natural graphite, artificial graphite, antimony-doped tin oxide, titanium oxide, zinc oxide, nickel, Examples thereof include metals such as copper, silver, and germanium and metal oxides, and conductive polymers such as polyaniline, polypyrrole, and polyacetylene.
[0010]
The blending amount of the conductive agent is appropriately selected according to the type of the composition. Usually, the volume resistivity of the elastic layer 3 is 1 × 10 0 to 1 × 10 8 Ω · cm, preferably 1 × 10 2. It is adjusted to be ˜1 × 10 6 Ω · cm.
In the present invention, the
[0011]
Here, the water-based resin is not limited as long as the solvent is water, and can be used in any form such as a water-soluble type, an emulsion type, and a suspension type. However, the molecular weight of the resin can be increased without increasing the viscosity of the paint. The emulsion type is preferably used in that the strength of the formed coating film is excellent.
As a method of emulsifying the resin, a method of emulsifying by adding a surfactant (forced emulsification type) and a method of emulsifying by introducing a hydrophilic functional group such as a carboxyl group or a hydroxyl group into the resin (self-emulsification) However, if the surfactant is present in the coating layer, there are problems such as a decrease in contact angle and contamination of the photoreceptor. Used.
[0012]
As the water-based resin for forming the
[0013]
Further, in the present invention, a dispersion type water-based fluororesin in which fluororesin fine particles are dispersed in water can be used in order to ensure the smoothness of the coating film and decrease the toner adhesion, and in particular, tetrafluoroethylene A dispersion type water-based fluororesin in which fine particles are dispersed in water is preferably used. The particle diameter of the fluororesin fine particles used is not particularly limited, but is preferably 5 μm or less, and particularly preferably 0.05 to 1 μm from the viewpoint of smoothness.
[0014]
The total amount of the water-based fluororesin and fluororesin fine particles contained in the
Furthermore, it is preferable to add another aqueous resin to the
[0015]
According to the present invention, a coating film having excellent water repellency and water resistance can be formed. However, in order to further improve water resistance and mechanical properties, the
[0016]
The
[0017]
The carbon used as the conductive agent in the
[0018]
On the other hand, the carbon having the above oxygen content and pH that is preferably used in the present invention maintains neutrality or alkalinity despite the high oxygen content, and is a stable water-based fluororesin. Can be added. Although the detailed structure of carbon having such an oxygen content and pH is not clear, in the present invention, a functional group such as a carboxyl group, a hydroxyl group, or a ketone group is attached to the carbon surface, and the hydrogen contained in these functional groups. Those obtained by substituting a part of them with an alkali metal such as sodium are preferably used.
[0019]
The
Further, the
[0020]
The
[0021]
In addition, about the thickness of the
The method for forming the
[0022]
For example, as described above, the charging member of the present invention forms the
[0023]
As described above, the charging member of the present invention uses a water-based resin for the
[0024]
In the present invention, as shown in FIG. 2, the contact angle is an angle θ formed between the surface of the solid S and the liquid surface when a liquid L such as water is dropped on the surface of the solid S to be measured. Good, a large θ means that it is difficult to get wet with water. The contact angle θ can be measured by using a goniometer or other angle measuring device. In the present invention, the contact angle when water is dropped on the charging roller is measured using an image processing contact angle meter (for example, Kyowa). Measured using Interface Science Co., Ltd. (CA-X type), and the obtained value is used.
[0025]
The charging member of the present invention is disposed in contact with a member to be charged such as a photosensitive drum, and charges the member to be charged by applying a voltage between the member and the member to be charged. In this case, however, 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, but the AC voltage is superimposed on the DC voltage. It is preferable to perform charging by applying a voltage to the object to be charged, whereby the object to be charged can be more uniformly charged. Further, the contact pressure between the charging member of the present invention and the member to be charged is not particularly limited, but is preferably 50 to 2000 g, particularly preferably 100 to 1000 g, and this ensures reliable charging. it can.
[0026]
As for a charging device using the charging member of the present invention, for example, as shown in FIG. 3, the charging member 1 of the present invention is brought into contact with a member to be charged 5 such as a photosensitive drum with a predetermined pressure, and voltage applying means 6 is applied. A charging device configured to apply a voltage between the charging member 5 and the member 5 to be charged can be exemplified, but the present invention is not limited to this. The voltage application method according to 6 may be changed as appropriate.
[0027]
【Example】
EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention further more concretely, 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 the outer periphery of the metallic shaft, a coating layer A having a thickness of 300 μm is formed on the elastic layer A, and a coating having a thickness of 10 μm is further formed on the coating layer A. Each film layer B was formed by using a dipping method to produce a charging roller. The configurations of the elastic layer A, the coating layer A, and the coating layer B are as follows. The surface roughness of the obtained charging roller was JlS 10-point average roughness Rz of 0.5 μm, and the contact angle of the charging roller surface with water was 110 °. The contact angle was measured using the method described above.
[0028]
Elastic layer A
A polyester-based polyol and a polyurethane foam (density 0.48 g / cm 3 ) prepared by adding carbon to isocyanate.
Coating layer A
It was formed by applying a paint in which carbon was added to a water-based acrylic resin, and the volume resistivity was adjusted to 5 × 10 7 Ω · cm.
Coating layer B
Polytetrafluoroethylene fine particle dispersion (particle size: 0.15 μm, 20% by weight), fluoroethylene-vinyl ether copolymer water-based fluororesin (55% by weight), and water-based urethane resin (25% by weight) are blended to form carbon. The volume resistivity was adjusted to 5 × 10 7 Ω · cm. Carbon having an oxygen content of 10% and a pH of 7.3 was used.
[0029]
When the obtained charging roller was mounted on a printer and imaged at room temperature and normal humidity (20 ° C./50% RH), a good image was obtained. Moreover, even when an image was printed at high temperature and high humidity (32 ° C./85% RH), a good image was obtained. Furthermore, there was no deterioration of the image even when 6000 images were continuously displayed.
Comparative Example 1
A charging roller similar to that of Example 1 was prepared except that the coating layer B was replaced with the following coating layer C. The surface roughness of the obtained charging roller was JIS 10-point average roughness Rz, 0.5 μm, and the contact angle of the charging roller surface with water was 67 °.
[0030]
Coating layer C
Polytetrafluoroethylene fine particle dispersion (particle size: 0.15 μm, 50% by weight), aqueous vinylidene chloride resin (30% by weight), and aqueous butyral resin (20% by weight) are blended and coated with carbon. The volume resistivity was adjusted to 5 × 10 7 Ω · cm. Carbon having an oxygen content of 10% and a pH of 7.3 was used.
When the obtained charging roller was mounted on a printer and imaged at high temperature and high humidity (32 ° C./85% RH), defects such as thread pulling on the image occurred from the beginning. Layer C was dissolved in some places.
[0031]
Comparative Example 2
A charging roller was prepared in the same manner as in Example 1 except that the coating layer A was replaced with the following coating layer D and the coating layer B was replaced with the following coating layer E. The surface roughness of the obtained charging roller was 9.2 μm in terms of JIS10 point average roughness Rz, and the contact angle of the charging roller with water was 76 °.
Coating layer D
It was formed by applying a paint in which ketjen black carbon was added to urethane dissolved in toluene, and the volume resistivity was adjusted to 5 × 10 7 Ω · cm.
Coating layer E
It was formed by applying a paint in which ketjen black carbon was added to nylon dissolved in methanol, and the volume resistivity was adjusted to 5 × 10 7 Ω · cm.
When the obtained charging roller was imaged in the same manner as in Example 1, a dot defect occurred in the image when 500 images were printed, and when the roller was observed, toner adhered to the concave and convex portions on the surface. Was.
[0032]
【The invention's effect】
According to the charging member of the present invention, even when used in an electrostatic latent image process in a copying machine, a printer, etc., the charging member can exhibit stable charging performance over a long period of time without causing deterioration in performance due to toner adhesion or the like. it can.
Therefore, according to the charging device using the charging member of the present invention, a good charging operation can be stably performed over a long period of time without causing deterioration in charging performance due to long-term use.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a configuration of a charging member of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a contact angle in the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the charging device of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Charging member 2 Shaft 3
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