CN115702393A

CN115702393A - 显影辊

Info

Publication number: CN115702393A
Application number: CN202180039642.0A
Authority: CN
Inventors: 大浦孝祐; 池田笃; 福冈智; 佐佐木宪司
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2020-06-18
Filing date: 2021-03-16
Publication date: 2023-02-14
Also published as: EP4170433A1; US20230221661A1; EP4170433A4; US11934110B2; JPWO2021256028A1; WO2021256028A1

Abstract

显影辊包括金属制的芯材、芯材周围的弹性层和弹性层周围的表层。在该显影辊中，值X为65.6N/mm³以上，值Y为229μm以上。值X根据X＝P₁/(D₁·A)～P₂/(D₂·A)来计算。P₁是将前端直径为40μm的圆锥台形状的金属制的探针按压于显影辊而使显影辊在径向上较深地位移100μm所需的载荷。D₁是由载荷P₁带来的显影辊的位移。A是探针的前端面积。P₂是将探针按压于不具有表层的材料辊而使材料辊在径向上较深地位移100μm所需的载荷。D₂是由载荷P₂带来的材料辊的位移。值Y是将探针按压于显影辊以刺破表层时显影辊的位移。

Description

显影辊

技术领域

本发明涉及利用电子照相方式的图像形成装置中的显影辊。

背景技术

在利用电子照相方式的图像形成装置中，设置有向感光鼓供给显影剂即调色剂的显影装置。显影装置包括调色剂容器和显影辊。附着于显影辊的外周面的调色剂随着显影辊的旋转而被供给至感光鼓。在感光鼓上形成有静电潜像，调色剂粒子从显影辊转移到静电潜像，由此生成调色剂像(专利文献1)。

显影装置还具有被称为限制刮板或刮刀的部件。刮刀限制附着到显影辊并且从调色剂容器运送的调色剂粒子的量。刮刀以一定程度的力与显影辊接触。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-372855号公报

发明内容

显影辊以一定程度的力与感光鼓接触，如上所述，显影辊也受到来自刮刀的力。需要提高在受到这样的力的环境下使用的显影辊的耐久性。

因此，本发明提供一种具有高耐久性的显影辊。

本发明的一种方式涉及的显影辊在利用电子照相方式的图像形成装置中使用。显影辊包括金属制的芯材、配置于所述芯材周围的橡胶制的弹性层、以及配置于所述弹性层的周围的表层。在该显影辊中，值X为65.6N/mm³以上，值Y为229μm以上。在此，值X根据下述公式计算：

X＝P₁/(D₁·A)-P₂/(D₂·A)

P₁是将前端直径为40μm的圆锥台形状的金属制的探针按压于所述显影辊而使所述显影辊在径向上较深地位移100μm所需的载荷。D₁是在载荷P₁下由所述探针带来的所述显影辊的位移。A为所述探针的前端面积。P₂是将所述探针按压于具有所述芯材和所述弹性层且不具有所述表层的材料辊而使所述材料辊在径向上较深地位移100μm所需的载荷。D₂是在载荷P₂下由所述探针带来的所述材料辊的位移。值Y是将所述探针按压于所述显影辊而使所述探针在所述显影辊的径向上位移，刺破所述表层时由所述探针带来的所述显影辊的位移。

值X是表层的压缩强度的一种指标。在该方式中，值X为65.6N/mm³以上时，表层的磨损少。值Y是表层的压缩韧性的指标。在该方式中，通过使值Y为229μm以上，表层不易从弹性层剥离。因此，值X为65.6N/mm³以上且值Y为229μm以上时，显影辊具有高耐久性，其寿命长。

本发明的一种方式涉及的显影辊在利用电子照相方式的图像形成装置中使用。显影辊包括金属制的芯材、配置于所述芯材周围的橡胶制的弹性层、以及配置于所述弹性层的周围的表层。在该显影辊中，值Z为6.56N/mm²以上，值Y为229μm以上。在此，值Z根据下述公式计算：

Z＝(P₁-P₂)/A

P₁是将前端直径为40μm的圆锥台形状的金属制的探针按压于所述显影辊而使所述显影辊在径向上较深地位移100μm所需的载荷。P₂是将所述探针按压于具有所述芯材和所述弹性层且不具有所述表层的材料辊而使所述材料辊在径向上较深地位移100μm所需的载荷。A是所述探针的前端面积。值Y是将所述探针按压于所述显影辊而使所述探针在所述显影辊的径向上位移，刺破所述表层时由所述探针带来的所述显影辊的位移。

值Z是表层的压缩强度的一种指标。在该方式中，值Z为6.56N/mm²以上时，表层的磨损少。值Y是表层的压缩韧性的指标。在该方式中，通过使值Y为229μm以上，表层不易从弹性层剥离。因此，值Z为6.56N/mm²以上且值Y为229μm以上时，显影辊具有高耐久性，其寿命长。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式涉及的显影辊的使用状态的图。

图2是实施方式涉及的显影辊的截面图。

图3是压缩试验中的显影辊的主视图。

图4压缩试验中的显影辊的放大截面图。

图5压缩试验中的显影辊的放大截面图。

图6是从压缩试验得到的载荷-位移线图。

图7是表示可能在显影辊的表面上产生的磨损痕迹的显影辊的平面图。

图8是表示显影辊的表层的剥离的显影辊的平面图。

图9是表示显影辊的表层的剥离的显影辊的截面图。

图10是表示显影辊的多个样品的表层的指标的测定结果和这些样品的耐久性试验的结果的表。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明涉及的实施方式进行说明。附图的比例尺未必准确，有时一部分特征被夸张或省略。

如图1所示，利用电子照相方式的图像形成装置具有感光鼓10和显影装置11。感光鼓10沿箭头方向旋转。显影装置11将作为显影剂的调色剂粒子12供给到感光鼓10。在感光鼓10的表面通过潜像形成装置(图中未示出)形成静电潜像，调色剂粒子12从显影装置11转移到静电潜像，由此在感光鼓10的外周面生成基于调色剂粒子12的调色剂像。

显影装置11包括：调色剂容器14，其存储调色剂粒子集合13；弹性辊15，其全部配置在调色剂容器14中；显影辊20，其一部分配置在调色剂容器14中；以及刮刀16(限制刮板)，其由调色剂容器14支撑。弹性辊15被压向显影辊20，并且显影辊20被压向感光鼓10。弹性辊15和显影辊20分别沿箭头所示的方向旋转，调色剂容器14内的大致恒定量的调色剂粒子附着于显影辊20。因此，在显影辊20的外周面上形成调色剂粒子的薄层。随着显影辊20的旋转，附着在显影辊20上的调色剂粒子被朝向感光鼓10运送。配置在调色剂容器14的调色剂粒子出口处的刮刀16被按压在显影辊20的外周面上，并且调节附着在显影辊20上并从调色剂容器14运送的调色剂粒子的量。因此，显影辊20以一定程度的力与感光鼓10、弹性辊15和刮刀16中的每一个接触。

虽然图中未示出，但在显影装置11中也可以设置对调色剂容器14内的调色剂粒子集合13进行搅拌的部件、运送调色剂容器14内的调色剂粒子的螺杆等。

如图2所示，显影辊20包括由金属制成的圆柱形芯材21、设置在芯材21周围的由橡胶制成的具有均匀厚度的弹性层22、以及设置在弹性层22周围的由橡胶制成的具有均匀厚度的表层23。芯材21的直径为几毫米，弹性层22的厚度为1～3mm，表层23的厚度为几微米至几十微米。

弹性层22和表层23双方由橡胶形成。在实施方式中，弹性层22和表层23双方由硅橡胶形成。但是，弹性层22是为了确保显影辊20的弹性而设置的，表层23是为了提高显影辊20的表面的耐磨损性而设置的。因此，表层23的材料的成分与弹性层22的材料的成分不同。

在实施方式中，表层23如下制造。

首先，在第一阶段中，混合下述材料：

固体成分为80重量％的聚氨酯改性六亚甲基二异氰酸酯(旭化成株式会社(日本东京)制造的“DURANATE”(商品名)的等级“E402-80B”)，16.5重量％；

反应性硅油(信越化学工业株式会社(日本东京)制造的“X-22-160AS”(商品名))，36.7重量％；

作为稀释溶剂的乙酸丁酯，46.8重量％。

然后，通过将混合物在120℃下放置3小时，促进成分的反应，生成预聚物。

接着，在第二阶段中，混合下述材料：

第一阶段生成的预聚物；

作为粘合剂，固体成分为75重量％的异氰酸酯(由Sumika Covestro Urethane株式会社(日本兵库)制造的“Desmodur L75”(商品名))；

固体成分为20～30重量％的碳分散液(由御国色素株式会社(日本兵库)制造的“MHI-BK”(商品名))；

作为稀释溶剂使用乙酸丁酯，44.7重量％。

进而，在第三阶段中，在第二阶段中得到的混合物中添加2.6重量％的硅橡胶颗粒，得到涂布液。硅橡胶颗粒是由DuPont Toray Specialty Materials株式会社(日本东京)制造的“EP-2720”(商品名)。使用硬度计(“JIS K 6253”和“ISO 7619”标准的“A型”)测定的硅橡胶颗粒的硬度为70度。硅橡胶颗粒的平均粒径为2μm。

在第四阶段中，将该涂布液涂布于弹性层22的周围并使其干燥，由此形成表层23。

申请人调整表层23的材料成分，制造了表层23的性质不同的多个样品。具体而言，改变第二阶段的预聚物、异氰酸酯、碳分散液的比例。

在各样品中，芯材21的直径为6mm，弹性层22的厚度为1.5mm，表层23的厚度为10μm±2μm。但是，在1个样品(图11的样品20)中，表层23的厚度为20μm。

申请人测定了表示这些样品的表层23的耐久性的指标X、Y。此外，申请人实际上将这些样品安装于打印机并对样品的耐久性进行了试验。

图3至图5示出了用于测定表示样品表层23的耐久性的指标的压缩试验的情况。在压缩试验中，使用了压缩试验机30。压缩试验机30具有圆柱形状的可动轴31和形成于可动轴31的前端的探针32。可动轴31和探针32由金属制成。压缩试验机30能够一边自动地按下可动轴31，一边测定探针32的位移和施加于探针32的载荷。

作为压缩试验机30，使用了由Ludwig Nano Prazision GmbH(德国诺德海姆)制造的“LNP nano touch”。探针32为越远离可动轴31直径越小的圆锥台形状，探针32的前端直径d为40μm。圆锥台的顶角θ为30度。

如图3所示，使探针32的前端与显影辊20的长度方向中央接触，驱动可动轴31，将探针32向显影辊20的外周面的法线方向(径向)压入。通过在“LNP nano touch”中选择V-control模式，压入速度大致恒定，约为50μm/s。压入的最大深度被设定得比弹性层22的厚度即1.5mm稍小。

在压入工序期间，记录探针32的位移和施加于探针32的载荷。在“LNP nanotouch”中，位移的分辨率(位移的读取刻度)为10nm。根据记录结果，得到值X₁、值Y和值Z₁。

值X₁和值Z₁由下述公式计算：

X₁＝P₁/(D₁·A)

Z₁＝P₁/A

在此，P₁是将前端直径d为40μm的圆锥台形状的金属制的探针32按压于显影辊20而使显影辊20在径向上较深地位移100μm所需的载荷。即，P₁是图4的状态下施加于探针32的载荷。D₁是在载荷P₁下由探针32带来的显影辊20的位移。总之，D₁是图4的状态下探针32的位移，因此约为100μm，是在压入工序中探针32的位移的读取值首次超过100μm时的读取值。更准确地说，P₁也是在压入工序中探针32的位移的读取值首次超过100μm时的载荷。

A是探针32的前端面积，由下式计算。

A＝π·(d/2)²

值Y是当探针32压靠显影辊20并且在显影辊20的径向上位移以刺破表层23时由探针32带来的显影辊20的位移，如图5所示。图6是由压缩试验得到的载荷-位移线图。值Y是图6所示那样的、发生了急剧的载荷下降时的位移量。值Y是通过压缩试验得到的值，与拉伸试验中的断裂伸长率对应。其中，断裂伸长率是将变形量除以原来的全长而得到的应变、即无量纲量，值Y是变形量，用μm表示。值Y是表层23的压缩韧性的指标。

另一方面，值X₁可以被认为是显影辊20的压缩强度(简而言之是硬度)的指标。但是，X₁不仅受到表层23的硬度的影响，还受到弹性层22的硬度的影响。因此，准备具有芯材21和弹性层22且不具有表层23的材料辊(图中未示出)，对于材料辊，根据下述公式计算值X₂和值Z₂。

X₂＝P₂/(D₂·A)

Z₂＝P₂/A

在此，P₂是将探针32按压于材料辊而使材料辊在径向上较深地位移100μm所需的载荷。D₂是在载荷P₂下由探针32带来的材料辊的位移。D₂为约100μm，是在压入工序中探针32的位移读取值首次超过100μm时的读取值。更准确地说，P₂也是在压入工序中探针32的位移读取值首次超过100μm时的载荷。

然后，根据下述公式计算弹性层22的硬度的影响被抵消的值X和值Z。

X＝X₁-X₂

Z＝Z₁-Z₂

因此，值X和值Z能够根据下述公式计算。

X＝P₁/(D₁·A)-P₂/(D₂·A)

Z＝(P₁-P₂)/A

值X和值Z可以认为是表层23的压缩强度(简而言之是硬度)的指标。具体而言，值X基本上等于通过将由探针32在径向上位移100μm所需的显影辊20和材料辊的力除以刺穿辊的探针32的体积而获得的值。值X等于通过将由探针32在径向上位移100μm所需的显影辊20和材料辊的力除以探针32的前端面积而获得的值。

在耐久性试验中，将各样品安装于由兄弟工业株式会社(日本爱知)制造的彩色打印机“HL-L8360CDW”(商品名)。然后，用打印机进行印刷，各样品在6000张A4片材上印刷后，目视判断表层23是否具有磨损痕迹、以及表层23是否具有剥离。在印刷中，在各片材的整个面上形成1％浓度的均匀图像。

如图7的显影辊20的平面图所示，表层23的过度磨损表现为表层23上的线性磨损痕迹40。磨损痕迹40在显影辊20的周向上延伸。这是因为刮刀16的一部分与旋转的显影辊20的外周面接触而使表层23磨损。

如图8(平面图)及图9(截面图)所示，表层23的剥离导致弹性层22露出。

图10表示多个样品的值X、Y、Z和这些样品的耐久性试验的结果。在样品1～12、20中，在表层23既没有产生磨损痕迹也没有产生剥离。在样品13～19中，在表层23产生了磨损痕迹或剥离。

从图10所示的结果可以看出，优选值X为65.6N/mm³以上，值Y为229μm以上。另外，可以看出，优选值Z为6.56N/mm²以上，值Y为229μm以上。值X和值Z是表层23的压缩强度的一种指标。值X为65.6N/mm³以上时，表层23的磨损少。值Z为6.56N/mm²以上时，表层23的磨损少。在值X和值Z较小的样品13～15中，在表层23产生了磨损痕迹。

值Y是表层23的压缩韧性的指标。通过使值Y为229μm以上，表层23不易从弹性层22剥离。在值Y较小的样品16～19中，发生了表层23的剥离。

因此，值X为65.6N/mm³以上且值Y为229μm以上时，显影辊20具有高耐久性，其寿命长。同样地，值Z为6.56N/mm²以上且值Y为229μm以上时，显影辊20具有高耐久性，其寿命长。

值X、Y、Z的优选上限不明，但值X为215.5N/mm³、值Z为21.55N/mm²的样品12在表层23既没有产生磨损痕迹也没有产生剥离，值Y为890μm的样品1在表层23既没有产生磨损痕迹也没有产生剥离。因此，值X的优选范围至少包括65.6N/mm³至215.5N/mm³的范围，值Y的优选范围至少包括229μm至890μm的范围。值Z的优选范围至少包括6.56N/mm²至21.55N/mm²的范围。

样品20的表层23的厚度为20μm，比其他样品的表层23的厚度大。样品20的表层23的材料成分与样品2的表层23的材料成分相同，样品2、20的不同点仅在于表层23的厚度。样品2、20具有大致相同的结果。因此，即使表层23的厚度不同，优选值X为65.6N/mm³以上、值Y为229μm以上。同样地，优选值Z为6.56N/mm²以上、值Y为229μm以上。

以上，参照本发明的优选实施方式对本发明进行了图示说明，但对于本领域技术人员而言，应该理解在不脱离权利要求书所记载的发明的范围的情况下，能够进行形式以及详细的变更。这样的变更、改变以及修正应该包含在本发明的范围内。

符号说明

20显影辊

21芯材

22弹性层

23表层

Claims

1.一种显影辊，在利用电子照相方式的图像形成装置中使用，其特征在于，包括：

金属制的芯材；

橡胶制的弹性层，其配置于所述芯材的周围；以及

表层，其配置于所述弹性层的周围；

其中，

值X为65.6N/mm³以上，

值Y为229μm以上，

在此，值X由下述公式计算：

X＝P₁/(D₁·A)-P₂/(D₂·A)

P₁是将前端直径为40μm的圆锥台形状的金属制的探针按压于所述显影辊而使所述显影辊在径向上较深地位移100μm所需的载荷，D₁是在载荷P₁下由所述探针带来的所述显影辊的位移，A是所述探针的前端面积，

P₂是将所述探针按压于具有所述芯材和所述弹性层且不具有所述表层的材料辊而使所述材料辊在径向上较深地位移100μm所需的载荷，D₂是在载荷P₂下由所述探针带来的所述材料辊的位移，

值Y是将所述探针按压于所述显影辊而使所述探针在所述显影辊的径向上位移，刺破所述表层时由所述探针带来的所述显影辊的位移。

2.如权利要求1所述的显影辊，其特征在于，

值X为215.5N/mm³以下，

值Y为890μm以上。

3.一种显影辊，在利用电子照相方式的图像形成装置中使用，其特征在于，包括：

金属制的芯材；

橡胶制的弹性层，其配置于所述芯材的周围；以及

表层，其配置于所述弹性层的周围；

其中，

值Z为6.56N/mm²以上，

值Y为229μm以上，

在此，值Z由下述公式计算：

Z＝(P₁-P₂)/A

P₁是将前端直径为40μm的圆锥台形状的金属制的探针按压于所述显影辊而使所述显影辊在径向上较深地位移100μm所需的载荷，P₂是将所述探针按压于具有所述芯材和所述弹性层且不具有所述表层的材料辊而使所述材料辊在径向上较深地位移100μm所需的载荷，A是所述探针的前端面积，

4.如权利要求1所述的显影辊，其特征在于，

值Z为21.55N/mm²以下，

值Y为890μm以上。