【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、電子写真複写装置、プリンタ、静電記録装置等の画像形成装置において、感光体周辺に配置される導電性弾性体ローラ、特に感光体上の静電潜像を可視像化するために低硬度、低圧縮永久歪み特性を要求される現像ローラに関する。またこのようなローラに好適に使用できる導電性弾性体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子写真記録装置について以下に説明する。この装置の本体内部には画像形成部が設置され、画像がクリーニング、帯電、潜像、現像、転写、定着プロセスを経て形成される。画像形成部は像担持体である感光ドラムを備えており、クリーニング部、帯電部、潜像形成部、現像部及び転写部を備えている。この画像形成部で形成された感光ドラム上の画像は転写部材により、記録材に転写され、搬送された後、定着部にて加熱、加圧され、定着された記録画像として排出される。
【０００３】
次に、クリーニング、帯電、潜像、現像、転写、定着のプロセスの内、帯電、潜像形成、現像、転写プロセスについて説明する。
【０００４】
帯電部材は、感光ドラムの表面に対し、所定の極性で、電位が一様になるように一次帯電処理を行う。帯電部材により均一に帯電処理された後、目的画像情報の露光を受ける事で、ドラム表面に目的画像に対応した静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置により現像剤画像として可視像化されていく。この可視像化された現像剤画像は、感光ドラム下で転写手段により記録材の裏面から電圧を印加することにより記録材に転写される。その後記録材は定着部へ搬送され、像定着を受け、画像形成物として出力される。
【０００５】
以上に示した電子写真装置等の画像形成装置における現像工程の実行手段として、電圧を印加する事により現像作用を施し、一般にはローラ型の導電性弾性体が近年盛んに使用されはじめている。以上に示した現像方式においては、現像部材は半導電領域の電気抵抗値を有し、また感光ドラム、現像ブレード、現像剤供給ローラ等に常に圧接しているために、低硬度で低圧縮永久歪みである材料で構成される事が、良好な画像を得る為の必須条件である。
【０００６】
また、同時に耐久性を向上させるためには、現像剤の劣化を防止することが必要である。現像剤の劣化を防ぐ手法としては、現像ローラ表面を離型性の良い材料（例えばフッ素系材料）を用いているものが挙げられる。
【０００７】
また、特開平１０−１８６８３４によれば接触角を大きくすることで、フィルミングを防止している手法が提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記手法では画像濃度が足りず階調性が出にくい、更には表層の表面形状を確保する上での材料設計自由度が狭くなるといった問題が発生した。
【０００９】
また、現像剤成分と近い液状材料を滴下液とし、この液材料を滴下した際の接触角を大きくすることでトナー離型性を向上させているが、現像剤搬送力が充分といえず、やはり画像濃度を出すための粗さ等の表面形状に対する設計幅が少ないという問題がある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の問題点を解決するために検討を重ねた結果、接触式の現像装置で、軸体の周囲に弾性層を有しその外周に導電性樹脂層を配置した現像ローラにおいて、少なくともその表面層が液状ポリエステルを滴下液として測定した接触角が３８度未満にすることで画像濃度の調整が出来、同時に長期にわたり耐久をしても良好な画質を得ることが出来ることを見出した。
【００１１】
また、以下の現像ローラを提供することで上記同様の良好な画質が得られることを見出した。請求項１記載の表面層が含窒素化合物であることを特徴とする現像ローラ。請求項１，２記載の表面層がポリウレタンであることを特徴とする現像ローラ。請求項１〜３記載の表面層にＣＢが分散されていることを特徴とする現像ローラ。請求項１〜４記載の表面層に数平均粒径３μｍ以上の粒子を３部以上含有していることを特徴とする現像ローラ。潜像を担持する潜像担持体に対向した状態で現像剤担持する現像ローラを備え、該現像ローラが上記潜像担持体に現像剤を付与することにより該潜像を現像剤像として可視化する現像装置において用いられる現像ローラが請求項１〜５いずれかであることを特徴とする現像装置。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
本発明に使用できる現像ローラの形態は以下のようなものである。軸体の周囲に弾性層を有し、その外周に導電性樹脂層を配置したものである。導電性樹脂層については１層である必要は無く、多層になっても構わない。
【００１４】
上記構成の現像ローラの場合、抵抗値としては、ローラに１００Ｖの電圧を印加した場合１Ｅ３〜１Ｅ１０Ωにすることが望ましく、より良くは、１Ｅ４〜１Ｅ７にすることが望ましい。抵抗値が１Ｅ３Ωより小さい場合、電流が流れすぎてしまい適正なトナー量が現像ローラ上に乗らない。また、１Ｅ１０Ωよりも大きい場合、電流がローラに流れにくくなり、濃度が出ないといった問題が発生する。現像ローラの抵抗値次のようにして測定した。図３のように現像ローラを軸体の両端に５００ｇの荷重をかけて金属製ドラムに押し当て、ローラの回転数を６０ｒｐｍで回転させ、金属製ドラムと導電性ローラの軸体に１００Ｖの電圧を印加後、現像ローラに流れる電流値を測定することにより抵抗値を算出した。
また、上記現像ローラのアスカーＣ硬度は６０°以下とすることが好ましい。このアスカーＣ硬度が６０°を超えると現像ローラと感光ドラムとの間の摩擦で、現像剤が現像ローラや感光ドラムの表面に融してしまうので好ましくない。尚、「アスカーＣ硬度」とは、日本ゴム協会標準規格ＳＲＩＳ０１０１に準拠したアスカーＣ型スプリング式ゴム硬度計（高分子計器（株）社製）を用いて測定したローラの硬度であり、常温常湿（２３℃、５５％ＲＨ）の環境中に１２時間以上放置したローラに対して、上記硬度計を１０Ｎの力で当接させてから３０秒後の測定値とする。但し、硬度が１０°以下にした場合、材料自体の圧縮永久歪みが大きい、或いは耐久による削れなどが大きくなり好ましくない。
【００１５】
本発明に係わる現像ローラ表面の導電性樹脂層の接触角を測定する際に使用する滴下液の種類としては、液状ポリエステル系のものを用いた。具体的には２５℃１２ｒｐｍでの粘度が３１００ｃｐｓ、酸価０．１２ｍｇ／ｇのものを使用した。滴下に使用する針は協和界面化学のＮｏ．１５を用い金属平板の上に液をたらし、３０秒後の接触角を測定した。この測定方法で測定した値は１５〜３８°以下であることが望ましい。この範囲にすることで現像剤の搬送性が安定し、またかぶりの無い良好な画質を得ることが出来た。接触角が３８°以上の場合現像愛剤の搬送がしにくくなり、濃度が出ない。また、１５°以下の場合、現像剤の搬送性が安定せず濃度ムラの原因になる。或いは、現像剤の劣化が激しくなり耐久性に問題がある。
【００１６】
ここで使用きる軸体の材料は導電性であれば何でも良く、炭素鋼，合金鋼及び鋳鉄、導電性樹脂などの中から、適宜選択して用いることができる。ここで、合金鋼としては、例えばステンレス鋼，ニッケルクロム鋼，ニッケルクロムモリブテン鋼，クロム鋼，クロムモリブテン鋼，Ａｌ，Ｃｒ，Ｍｏ及びＶを添加した窒化用鋼などが挙げられるが強度の観点から、金属製のものが望ましい。更に防錆対策として軸体材料にめっき、酸化処理を施すことが出来る。めっきの種類としては電気めっき、無電解めっきなどいずれも使用することが出来るが、寸法安定性の観点から無電解めっきが好ましい。ここで使用される無電解めっきの種類としては、ニッケルめっき、銅めっき、金めっき、カニゼンめっき、或いは各種合金めっきなどが挙げられる。ニッケルめっきの種類としては、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂ、Ｎｉ−Ｗ−Ｐ、Ｎｉ−Ｐ−ＰＴＦＥ複合めっきなどがある。膜厚みはそれぞれ０．０５μｍ以上であれば望ましいが、より良くは作業効率、価格を考慮した場合にそれぞれの膜厚みは０．１μｍ〜３０μｍであることが望ましい。
また弾性体の形態としては、発泡体の形態でもソリッドの形態でも構わない。ここで使用される弾性体として使用できる材料は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、シリコーンゴム（Ｑ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、クロロスルホン化ポリエチレン（ＣＳＭ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、ヒドリンゴム（ＥＣＯ）、多硫化ゴム（Ｔ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）等が挙げられ、これらを２種類以上組み合わせて使用することも出来る。更に、これらの材料に導電性を付与して使用することが出来る。更にはこれらの材料に発泡剤、バルーン等を添加して使用することが出来る。
これら弾性体を導電化する手段としては電子導電機構による導電付与剤を上記材料に添加することにより導電化する手法がある。電子導電機構による導電付与剤としては、カーボンブラック、グラファイト等の炭素系物質、アルミニウム、銀、金、錫−鉛合金、銅−ニッケル合金等の金属或いは合金、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化錫、酸化アンチモン、酸化インジウム、酸化銀等の金属酸化物、各種フィラーに銅、ニッケル、銀等の導電性金属めっきを施した物質等を挙げる事が出来る。これら電子導電機構による導電付与剤は粉末状或いは、繊維状の形態で、単独または２種類以上を混合して使用する事が出来る。この中でもカーボンブラックは導電性の制御がしやすい、経済的であるなどの観点から使用される割合が高い。
また、イオン導電機構によるイオン導電性物質を上記材料に添加することにより導電化することも可能である。イオン導電機構による導電付与剤としては、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＮａＣｌＯ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＢＦ４、ＮａＳＣＮ，ＫＳＣＮ，ＮａＣｌ等の周期律表第１族金属の塩、ＮＨ４Ｃｌ、ＮＨ４ＳＯ４、ＮＨ４ＮＯ３、等のアンモニウム塩、Ｃａ（ＣｌＯ４）２、Ｂａ（ＣｌＯ４）２等の周期律表第２族金属の塩、これらの塩と１，４−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、ポリプロピレングリコール等の多価アルコールやそれらの誘導体との錯体、これらの塩と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、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル、ポリ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、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、アルキル硫酸エステル塩、アルキルリン酸エステル塩等の陰イオン性界面活性剤、ベタイン等の両性界面活性剤を挙げる事が出来る。これらイオン導電機構による導電付与剤は粉末状或いは、繊維状の形態で、単独または２種類以上を混合して使用する事が出来る。
以上記載したように、弾性層を導電化する方法としては、イオン導電機構によるイオン導電性物質の添加、電子導電機構による導電付与剤の分散、の２種類があるが、これらは単独または２種類を混合して使用する事が出来る。
【００１７】
上記弾性層を形成する手段としては、以下のものを挙げることが出来る。押し出し、射出成型、注型などいずれのものも使用することが出来、材料の特性（液状、固形、粘度など）にあわせて適宜選択することが出来る。また、寸法精度（外径、振れ、円筒度など）を向上するために、更に弾性層表面を研磨などで追加工することも可能である。
また、上記弾性体の外側に配置する導電性樹脂層に使用される材料としては、上記に上げた弾性体に使用される材料以外にも、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、フッ素樹脂、ポリプロピレン樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、珪素樹脂、ポリエステル樹脂、スチロール系樹脂、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、繊維素系樹脂、塩化ビニル樹脂、シリコーン樹脂、水系樹脂などがあり、これらを２種類以上組み合わせて使用することも出来る。この中でも、特に含窒素化合物、例えば、ウレタン樹脂、アクリル樹脂等を用いることが現像剤に電荷を安定する点で望ましい。更に、これらの材料に導電性を付与して使用することが出来る。導電性を付与する手法としては上記弾性層の導電化と同様の手法を用いることが可能である。また、これら材料を塗料化して導電性樹脂層を形成することも可能である。また導電性樹脂層は１層以上であっても構わない。
また、上記弾性体外周に導電性樹脂層を形成する手段としては以下のものがある。ゴム材料を使用する場合、弾性層と同時に形成する押し出し、射出成型等を用いることが出来る。更に寸法精度（外径、振れ、円筒度など）を向上するために、導電性樹脂層表面を研磨などで追加工することも可能である。
また、上記導電性樹脂層を構成する材料を塗料化した場合、サンドミル、ペイントシェーカー、ダイノミル、パールミル等のビーズを利用した従来公知の分散装置を使用して上記材料と導電剤を分散させる。得られた導電性樹脂層形成用の塗料は、スプレー塗工法、ディッピング法、ロールコーター法等により弾性体の表面に塗工される。本発明においては、現像ローラの表面が均一に粗面となることが好ましいので、特にディッピングが好ましく用いられる。
【００１８】
表層の厚みとしては、５〜５００μｍ、特に１０〜３０μｍが好ましい。厚みが少なすぎると基層中の低分子量成分がしみ出してきて感光体を汚染する恐れがあるし、厚すぎると現像ローラが硬くなり、融着の原因となるので好ましくない。
【００１９】
本発明においては、上記の如くして形成する表層中に数平均粒径が１〜３０μｍの微粒子を分散させることにより、現像ローラ表面の現像剤の搬送を容易にすることができ、充分な量のトナーを現像領域に搬送することができる。但し、現像剤を安定的に搬送するためには数平均粒径が３〜３０μｍのものを使用することが望ましい。このような目的に使用する微粒子としては、例えば、ポリメチルメタクリル酸メチル微粒子、シリコーンゴム微粒子、ポリウレタン微粒子、ポリスチレン微粒子、アミノ樹脂微粒子、フェノール樹脂微粒子等のプラスチックピグメントが挙げられるが、特にポリメチルメタクリル酸メチル微粒子及びポリウレタン微粒子が好ましい、これらの微粒子は前記表層の約３〜５０重量％の範囲で添加することが好ましい。
【００２０】
以下に本実施例で使用した、現像ローラの評価方法として用いた画像評価手法について記載する。実施例及び比較例においては、次のようにして現像ローラの画出し評価を行なった。本評価で使用した電子写真式レーザープリンターは、Ａ４縦出力用のマシンで、記録メディアの出力スピードは、４５ｍｍ／ｓｅｃ、画像の解像度は１２００ｄｐｉである。感光体はアルミシリンダーにＯＰＣ層をコートした反転現像方式の感光ドラムであり、最外層は変性ポリカーボネートをバインダー樹脂とする電荷輸送層である。
感光ドラムとの当接圧力と進入量は、現像ローラ上の現像剤被覆量が０．３５ｍｇ／ｃｍ２と
なるように調整した。又、現像ローラから古いトナーを掻き落とし、現像ローラに新しい現像剤を供給する軟質ウレタンスポンジ製のトナー供給ローラを設けている。
【００２１】
現像ローラの画出しは、現像ローラを電子写真装置に組み込んだ直後と、そのまま１００００枚連続耐久した後の耐久直後、更に同じ構成のローラを同じ構成の電子写真装置に組み込んで、画像評価を行なった
初期と耐久直後の画出しは、感光体の回転方向と垂直方向に幅１ドット、間隔２ドットの横線を描くような画像を出力した。途中の耐久中には、同じく幅２ドット、間隔５０ドットの横線を描くような画像を出力した。画像濃度が十分濃くしかも現像ローラ表面へのトナーの融着等による現像ローラピッチの画像不良の見られない画像を◎、画像濃度がかすかに薄いか又は現像ローラピッチの画像不良がかすかに認められるが、実用上は全く問題が無い画像を○、画像濃度が薄いか又は現像ローラピッチの画像不良が認められるが、実用上は許容範囲である画像を△、どちらかが不充分であるものを×とした。また、画像濃度が濃いか又は現像ローラピッチの画像不良が認められるが、実用上は許容範囲である画像も△とした。
【００２２】
【実施例１】
本発明の実施の形態を示す。
【００２３】
本実施例で使用した弾性体ローラの製造方法を以下に示す。ＥＰＤＭゴムに導電性充填剤としてカーボンブラック１０部、可塑剤としてパラフィンオイル、その他発泡剤、発泡助剤、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤等を練り込みながら添加し、押出し機で押出し成形しチューブ状の成形品を得た。この成形品を加硫缶で１４０℃×３０分の条件で加硫、発泡させチューブ状発泡体を得た。このチューブ状発泡体を、予め接着剤を塗布した直径６ｍｍ長さ２６０ｍｍの芯金に圧入接着し、円筒研磨機で表面スキン層を研磨し、ゴム端部を突っ切りすることによりゴムの全長が２４０ｍｍ、外径が１６ｍｍでローラ表面にケバのない弾性体ローラを得た。ここで使用する芯金は以下の工程で製作したものを用いた。芯金を洗浄し無電解ニッケルめっきにより２μｍの被膜を作成した。また、本実施例ではウレタンとの乾燥重量比で４０％の酸化スズを導電性フィラーとして分散させたウレタンからなる塗工液を使用し（液体粘度２０ｍ・ｐａ・ｓ）導電性表層剤とした。この導電性表層剤を上記で作成した弾性体ローラにディッピング後、引き上げて乾燥させ、１４５℃にて２時間加熱処理して、導電性樹脂層を弾性層の外周に設けることで本実施例１の現像ローラ４を得た。
【００２４】
この現像ローラ表層の膜厚を測定したところ、最大膜厚２０μｍ、最少膜厚１６μｍの均一な厚みのローラを得ることが出来た。特に、画像領域部分（幅２１０ｍｍ）の膜厚については、良好な結果を得た。膜厚の測定方法は、塗工前の弾性体ローラの外径をレーザ測長機で測定し、塗工後も同様に表層付きのゴムローラの外径を測定し、それぞれの外径差の半分をその膜厚とした。ここで得られた、現像ローラの硬度は４５（ＡｓｅｋｅｒＣ）であった。
【００２５】
ここで得られた現像ローラ４の回転時の抵抗値を測定したところ、６Ｅ６Ωであった。測定方法は、図４に示したように、芯金４ｂの両端に５００ｇの荷重をかけ、芯金４ｂと金属製ドラム７を回転させて現像ローラの回転数が６０ｒｐｍになるようにし、その間に２００Ｖの電圧を印加して現像ローラ４の抵抗値を測定した。この現像ローラを感光ドラムに進入量が３０μｍになる状態で圧接し、この現像ローラを使いハーフトーンによる画像評価を行った結果、良好な画像を得ることが出来た。具体的には濃度ムラやかぶりなどのない高品位な画像を達成することが出来た。また、ここで使用した導電性表層剤の接触角を測定したところ３６度であった。
【００２６】
【実施例２】
ビニル末端を有するポリジメチルシロキサン１００部にカーボンブラック１０部、珪素原子結合水素原子を有するポリジメチルシロキサン１００部をロールにより均一分散するまで混練りし、接着剤が塗布された芯金４ｂがセットされたパイプ形状の金型中に前記混合材料を注入した。その後この金型を熱盤で挟みながら１２０℃、３０分、２００ｋｇ／ｃｍ２にて加橋し、冷却後パイプ金型を脱型し２００℃、４時間の条件で熱風乾燥炉を用いて２次硬化することにより弾性体ローラを得た。ここで使用する芯金は実施例１と同様のものを用いた。
この弾性体ローラに塗工する導電性表層剤は以下のように調整した。まずウレタン樹脂の固形分５％となるよう調整したメチルエチルケトンを主溶媒とする混合溶液に、さらにカーボンブラックを、樹脂成分に対し１５量部、数平均粒径３μｍのウレタン粒子を、樹脂成分に対して１０部添加し十分に攪拌分散したものを塗工液とした（液体粘度２０ｍ・ｐａ・ｓ）。この液中に弾性ローラを浸漬してコーティングした後、引き上げて乾燥させ、１６０℃にて２時間加熱処理して、導電性樹脂層を弾性層の外周に設けることで本実施例２の現像ローラ４を得た。この現像ローラ表層の膜厚を測定したところ、最大膜厚１８μｍ、最少膜厚１５μｍの均一な厚みのローラを得ることが出来た。特に、画像領域部分（幅２１０ｍｍ）の膜厚については、良好な結果を得た。膜厚の測定方法は、塗工前の弾性体ローラの外径をレーザ測長機で測定し、塗工後も同様に表層付きのゴムローラの外径を測定し、それぞれの外径差の半分をその膜厚とした。ここで得られた、現像ローラの硬度は３５（ＡｓｅｋｅｒＣ）であった。
【００２７】
ここで得られた現像ローラ４の回転時の抵抗値を測定したところ、４Ｅ５Ωであった。測定方法は、図４に示したように、芯金４ｂの両端に５００ｇの荷重をかけ、芯金４ｂと金属製ドラム７を回転させて現像ローラの回転数が６０ｒｐｍになるようにし、その間に２００Ｖの電圧を印加して現像ローラ４の抵抗値を測定した。この現像ローラを感光ドラムに進入量が３０μｍになる状態で圧接し、この現像ローラを使いハーフトーンによる画像評価を行った結果、良好な画像を得ることが出来た。具体的には濃度ムラやかぶりなどのない高品位な画像を達成することが出来た。また、ここで使用した導電性表層剤の接触角を測定したところ３６度であった。
【００２８】
【実施例３、４、５】
接触角を２５度、１８度、１５度とした以外には実施例２と同様に作成した現像ローラを、画像評価を行なった。実施例３，４，５のカーボン量、ウレタン粒子径、粒子添加量は表１に示した。
【００２９】
【表１】
【００３０】
【比較例１，２】
接触角を１０度、４９度とした以外には実施例２と同様に作成した現像ローラを、画像評価を行なった。比較例１，２のカーボン量、ウレタン粒子径、粒子添加量は表２に示した。
【００３１】
【表２】
【００３２】
また実施例１〜５、及び比較例１，２についての画像評価結果を表３にまとめた。
【００３３】
【表３】
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、以下のような効果が得られる。
電子写真複写装置、プリンタ、静電記録装置等の画像形成装置において、本発明の現像ローラ導電性表層剤に使用される材料の液状ポリエステル樹脂に対する接触角を３８度以下にすることにより、現像剤の搬送力が安定し均一な電荷が付加された現像剤を現像ローラから潜像担持体に送ることが出来るために、ローラの使用の初期において良好な現像特性を有するだけで無く、安定した現像を行なうことが出来る現像ローラ、該現像ローラを有する電子写真プロセスカートリッジ及び電子写真画像形成装置を提供出来ることが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す画像形成装置の該略図。
【図２】本発明の実施の形態を示す半導電性ローラの側面、断面図。
【図３】ゴムローラの抵抗値を測定する装置の該略図。
【符号の説明】
１ 電子写真感光体（感光ドラム）
２ 帯電手段
３ 露光系
４ 現像手段
４ａ 弾性層
４ｂ 芯金
４ｃ 表層
５ 転写手段
６ クリーニング手段
７ 金属製ドラム
Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３ バイアス印加用電源[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention visualizes a conductive elastic roller disposed around a photoconductor, particularly an electrostatic latent image on the photoconductor, in an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine, a printer, and an electrostatic recording apparatus. Therefore, the present invention relates to a developing roller that requires low hardness and low compression set characteristics. The present invention also relates to a conductive elastic body that can be suitably used for such a roller.
[0002]
[Prior art]
A conventional electrophotographic recording device will be described below. An image forming section is installed inside the main body of the apparatus, and an image is formed through a cleaning, charging, latent image, development, transfer, and fixing process. The image forming unit includes a photosensitive drum as an image carrier, and includes a cleaning unit, a charging unit, a latent image forming unit, a developing unit, and a transfer unit. The image on the photosensitive drum formed by the image forming unit is transferred to a recording material by a transfer member, conveyed, heated and pressed by a fixing unit, and discharged as a fixed recorded image.
[0003]
Next, of the processes of cleaning, charging, latent image, development, transfer and fixing, the charging, latent image formation, development and transfer processes will be described.
[0004]
The charging member performs a primary charging process on the surface of the photosensitive drum so as to have a predetermined polarity and a uniform potential. After being uniformly charged by the charging member, the photosensitive member is exposed to target image information, whereby an electrostatic latent image corresponding to the target image is formed on the drum surface. This electrostatic latent image is visualized as a developer image by a developing device. The visualized developer image is transferred to the recording material by applying a voltage from the back surface of the recording material by a transfer unit under the photosensitive drum. Thereafter, the recording material is conveyed to a fixing unit, where the image is fixed, and is output as an image-formed product.
[0005]
As a means for executing a developing step in an image forming apparatus such as an electrophotographic apparatus described above, a developing action is performed by applying a voltage, and in general, a roller-type conductive elastic body has been increasingly used in recent years. In the developing method described above, since the developing member has an electric resistance value in a semiconductive region and is constantly pressed against the photosensitive drum, the developing blade, the developer supply roller, etc., it has low hardness and low compression permanent. It is an essential condition for obtaining a good image to be composed of a material having distortion.
[0006]
In order to improve durability at the same time, it is necessary to prevent deterioration of the developer. As a method for preventing the deterioration of the developer, there is a method using a material having good releasability (for example, a fluorine-based material) on the surface of the developing roller.
[0007]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-186834 proposes a method of preventing filming by increasing the contact angle.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-mentioned method has a problem that the image density is insufficient and gradation is difficult to be obtained, and furthermore, the degree of freedom in material design in securing the surface shape of the surface layer is reduced.
[0009]
In addition, a liquid material close to the developer component is used as a dropping liquid, and the toner release property is improved by increasing the contact angle when the liquid material is dropped, but the developer conveyance force is not sufficient, Again, there is a problem that the design width for the surface shape such as roughness for obtaining the image density is small.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
As a result of repeated studies to solve the above problems, the present inventor has found that, in a contact type developing device, a developing roller in which an elastic layer is provided around a shaft and a conductive resin layer is arranged around the elastic layer. It has been found that the image density can be adjusted by making the contact angle of at least the surface layer thereof measured using a liquid polyester as a dropping liquid less than 38 degrees, and at the same time, it is possible to obtain good image quality even if it is durable for a long time. Was.
[0011]
In addition, it has been found that by providing the following developing roller, the same good image quality as described above can be obtained. A developing roller, wherein the surface layer according to claim 1 is a nitrogen-containing compound. A developing roller, wherein the surface layer according to claim 1 is polyurethane. A developing roller, wherein CB is dispersed in the surface layer according to claim 1. 5. A developing roller, wherein the surface layer according to claim 1 contains 3 parts or more of particles having a number average particle diameter of 3 [mu] m or more. A developing roller that carries a developer in a state facing the latent image carrier that carries the latent image, and the developing roller visualizes the latent image as a developer image by applying a developer to the latent image carrier; A developing device according to claim 1, wherein a developing roller used in the developing device is any one of claims 1 to 5.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
[0013]
The form of the developing roller that can be used in the present invention is as follows. An elastic layer is provided around a shaft body, and a conductive resin layer is disposed around the elastic layer. The conductive resin layer does not need to be a single layer, and may be a multilayer.
[0014]
In the case of the developing roller having the above configuration, the resistance value is desirably 1E3 to 1E10Ω when a voltage of 100 V is applied to the roller, and more desirably 1E4 to 1E7. If the resistance is less than 1E3Ω, the current will flow too much and the proper amount of toner will not be on the developing roller. On the other hand, if it is larger than 1E10Ω, it becomes difficult for the current to flow to the roller, and there is a problem that density does not appear. The resistance value of the developing roller was measured as follows. As shown in FIG. 3, a developing roller is pressed against a metal drum by applying a load of 500 g to both ends of the shaft, and the roller is rotated at 60 rpm, and a voltage of 100 V is applied to the shaft of the metal drum and the conductive roller. Was applied, and the resistance value was calculated by measuring the value of the current flowing through the developing roller.
The Asker C hardness of the developing roller is preferably 60 ° or less. If the Asker C hardness exceeds 60 °, the friction between the developing roller and the photosensitive drum undesirably causes the developer to melt on the surface of the developing roller and the photosensitive drum. The “Asker C hardness” refers to the hardness of a roller measured using an Asker C type spring rubber hardness meter (manufactured by Kobunshi Keiki Co., Ltd.) based on the Japan Rubber Association Standard SRIS0101, and The measured value is a value measured 30 seconds after the hardness tester is brought into contact with a roller left for 12 hours or more in a wet (23 ° C., 55% RH) environment with a force of 10 N. However, when the hardness is set to 10 ° or less, the material itself has a large compression set, or undesirably abrasion due to durability increases.
[0015]
A liquid polyester-based liquid was used as the type of the dropping liquid used when measuring the contact angle of the conductive resin layer on the surface of the developing roller according to the present invention. Specifically, those having a viscosity of 3100 cps at 25 ° C. and 12 rpm and an acid value of 0.12 mg / g were used. The needle used for dropping is No. 1 of Kyowa Surface Chemistry. Using No. 15, the liquid was poured on a metal flat plate, and the contact angle after 30 seconds was measured. The value measured by this measuring method is desirably 15 to 38 ° or less. By setting the content in this range, the transportability of the developer was stabilized, and good image quality without fog could be obtained. When the contact angle is 38 ° or more, it becomes difficult to carry the developer loving agent, and no density is obtained. If the angle is 15 ° or less, the transportability of the developer is not stable, which causes density unevenness. Alternatively, the developer is greatly deteriorated, and there is a problem in durability.
[0016]
The material of the shaft body that can be used here may be any material as long as it is conductive, and can be appropriately selected from carbon steel, alloy steel, cast iron, conductive resin, and the like. Here, examples of the alloy steel include stainless steel, nickel chrome steel, nickel chromium molybdenum steel, chromium steel, chromium molybdenum steel, and steel for nitriding to which Al, Cr, Mo and V are added. It is desirable to use metal. Furthermore, plating and oxidation treatment can be applied to the shaft material as a measure against rust. Although any type of plating such as electroplating and electroless plating can be used, electroless plating is preferred from the viewpoint of dimensional stability. Examples of the type of electroless plating used here include nickel plating, copper plating, gold plating, Kanigen plating, and various alloy platings. Examples of the type of nickel plating include Ni-P, Ni-B, Ni-WP, and Ni-P-PTFE composite plating. The thickness of each film is desirably 0.05 μm or more. More preferably, the thickness of each film is 0.1 μm to 30 μm in consideration of work efficiency and cost.
The form of the elastic body may be a foam or a solid. Materials that can be used as the elastic material used herein include ethylene propylene rubber (EPDM), isoprene rubber (IR), styrene rubber (SBR), butadiene rubber (BR), nitrile rubber (NBR), butyl rubber (IIR), and silicone. Rubber (Q), chloroprene rubber (CR), chlorosulfonated polyethylene (CSM), acrylic rubber (ACM), hydrin rubber (ECO), polysulfide rubber (T), fluororubber (FKM), and the like. It can be used in combination of more than one kind. Furthermore, these materials can be used after imparting conductivity. Further, a foaming agent, a balloon and the like can be added to these materials and used.
As a means for making the elastic body conductive, there is a method of making the elastic body conductive by adding a conductivity-imparting agent by an electronic conductive mechanism to the above-mentioned material. Examples of the conductivity imparting agent by the electron conduction mechanism include carbon-based substances such as carbon black and graphite, metals and alloys such as aluminum, silver, gold, tin-lead alloy, and copper-nickel alloy, zinc oxide, titanium oxide, and aluminum oxide. Examples include metal oxides such as tin oxide, antimony oxide, indium oxide, and silver oxide, and substances in which various fillers are plated with conductive metal such as copper, nickel, and silver. These conductivity imparting agents by the electronic conduction mechanism can be used alone or in combination of two or more in the form of powder or fiber. Among them, carbon black is used at a high rate from the viewpoint of easy control of conductivity and economy.
It is also possible to make the material conductive by adding an ion-conductive substance by an ion-conductive mechanism to the above-mentioned material. Examples of the conductivity imparting agent by the ionic conduction mechanism include salts of Group 1 metals in the periodic table, such as LiCF 3 SO 3 , NaClO 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , NaSCN, KSCN, and NaCl, NH 4 Cl, and NH 4. Ammonium salts such as SO 4 and NH 4 NO 3 , salts of metals belonging to Group 2 of the periodic table such as Ca (ClO 4 ) 2 and Ba (ClO 4 ) 2 , these salts and 1,4-butanediol, ethylene Complexes with polyhydric alcohols such as glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, and polypropylene glycol and derivatives thereof, and salts thereof with ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, polyethylene glycol monomethyl ether, and polyethylene glycol monoethyl ether. Monoo Complex, a cationic surfactant such as a quaternary ammonium salt, an anionic surfactant such as an aliphatic sulfonate, an alkyl sulfate or an alkyl phosphate, and an amphoteric surfactant such as betaine. Agents can be mentioned. These conductivity imparting agents by the ionic conduction mechanism can be used alone or in combination of two or more in the form of powder or fiber.
As described above, as a method for making the elastic layer conductive, there are two types, that is, addition of an ion conductive substance by an ionic conduction mechanism and dispersion of a conductivity imparting agent by an electronic conduction mechanism. Can be mixed and used.
[0017]
Means for forming the elastic layer include the following. Any of extrusion, injection molding, casting, etc. can be used, and it can be appropriately selected according to the characteristics (liquid, solid, viscosity, etc.) of the material. Further, in order to improve the dimensional accuracy (outer diameter, runout, cylindricity, etc.), it is possible to further process the surface of the elastic layer by polishing or the like.
Further, as the material used for the conductive resin layer disposed outside the elastic body, in addition to the material used for the above-described elastic body, urethane resin, epoxy resin, diallyl phthalate resin, polyethylene resin, Polycarbonate resin, fluorine resin, polypropylene resin, urea resin, melamine resin, silicon resin, polyester resin, styrene resin, acrylic resin, vinyl acetate resin, phenol resin, polyamide resin, cellulose resin, vinyl chloride resin, silicone resin, There are aqueous resins and the like, and these can be used in combination of two or more kinds. Among them, it is particularly preferable to use a nitrogen-containing compound, for example, a urethane resin, an acrylic resin, or the like, from the viewpoint of stabilizing the charge in the developer. Furthermore, these materials can be used after imparting conductivity. As a method for imparting conductivity, a method similar to the method for making the elastic layer conductive can be used. Further, it is also possible to form a conductive resin layer by coating these materials. The conductive resin layer may be one or more layers.
Means for forming a conductive resin layer on the outer periphery of the elastic body include the following. When a rubber material is used, extrusion, injection molding, or the like that is formed simultaneously with the elastic layer can be used. In order to further improve dimensional accuracy (outer diameter, runout, cylindricity, etc.), the surface of the conductive resin layer can be additionally processed by polishing or the like.
When the material constituting the conductive resin layer is formed into a coating material, the material and the conductive agent are dispersed using a conventionally known dispersing device using beads such as a sand mill, a paint shaker, a dyno mill, and a pearl mill. The obtained paint for forming the conductive resin layer is applied to the surface of the elastic body by a spray coating method, a dipping method, a roll coater method or the like. In the present invention, since it is preferable that the surface of the developing roller be uniformly rough, dipping is particularly preferably used.
[0018]
The thickness of the surface layer is preferably 5 to 500 μm, particularly preferably 10 to 30 μm. If the thickness is too small, low molecular weight components in the base layer may seep out and contaminate the photoreceptor. If the thickness is too large, the developing roller becomes too hard, causing undesired fusion.
[0019]
In the present invention, by dispersing fine particles having a number average particle diameter of 1 to 30 μm in the surface layer formed as described above, it is possible to easily transport the developer on the surface of the developing roller, Can be transported to the developing area. However, in order to stably transport the developer, it is desirable to use one having a number average particle size of 3 to 30 μm. Examples of the fine particles used for such purposes include, for example, plastic pigments such as polymethyl methacrylate fine particles, silicone rubber fine particles, polyurethane fine particles, polystyrene fine particles, amino resin fine particles, and phenol resin fine particles. Methyl acid fine particles and polyurethane fine particles are preferred. These fine particles are preferably added in the range of about 3 to 50% by weight of the surface layer.
[0020]
Hereinafter, an image evaluation method used as an evaluation method of the developing roller used in the present embodiment will be described. In Examples and Comparative Examples, image development evaluation of the developing roller was performed as follows. The electrophotographic laser printer used in this evaluation is an A4 vertical output machine, the output speed of the recording medium is 45 mm / sec, and the image resolution is 1200 dpi. The photoreceptor is a reversal developing type photosensitive drum in which an OPC layer is coated on an aluminum cylinder, and the outermost layer is a charge transport layer using modified polycarbonate as a binder resin.
The contact pressure with the photosensitive drum and the amount of entry were adjusted so that the amount of developer coating on the developing roller was 0.35 mg / cm 2. Further, a toner supply roller made of a soft urethane sponge for scraping old toner from the developing roller and supplying a new developer to the developing roller is provided.
[0021]
Image development of the developing roller was performed immediately after the developing roller was incorporated into the electrophotographic apparatus, immediately after durability after 10,000 sheets of continuous durability, and further, a roller having the same configuration was incorporated into the electrophotographic apparatus having the same configuration to evaluate the image. In the image formation performed at the initial stage and immediately after the endurance, an image was formed such that a horizontal line having a width of 1 dot and an interval of 2 dots was drawn in the rotation direction and the vertical direction of the photoconductor. During the running, an image was drawn in which a horizontal line having a width of 2 dots and an interval of 50 dots was drawn. Images with sufficiently high image density and no image defect of the developing roller pitch due to fusion of toner on the surface of the developing roller, etc. are observed. ◎, image density is slightly low or image defect of the developing roller pitch is slightly recognized. However, an image having no problem in practical use was evaluated as ○, and an image having a low image density or an image defect of the developing roller pitch was recognized. X. Further, although the image density was high or an image defect of the developing roller pitch was recognized, an image which was within an allowable range in practical use was also rated as Δ.
[0022]
Embodiment 1
1 shows an embodiment of the present invention.
[0023]
The method of manufacturing the elastic roller used in this embodiment will be described below. Add 10 parts of carbon black as conductive filler to EPDM rubber, add paraffin oil as plasticizer, other foaming agents, foaming aids, vulcanizing agents, vulcanization accelerators, anti-aging agents, etc. while kneading, and extruder. Extrusion molding was performed to obtain a tubular molded product. This molded product was vulcanized and foamed in a vulcanizer at 140 ° C. for 30 minutes to obtain a tubular foam. The tubular foam was press-fitted to a core metal having a diameter of 6 mm and a length of 260 mm to which an adhesive was previously applied, and the surface skin layer was polished with a cylindrical polisher. An elastic roller having an outer diameter of 16 mm and having no fluff on the roller surface was obtained. The core metal used here was manufactured in the following steps. The core was washed and a 2 μm film was formed by electroless nickel plating. In this example, a coating liquid composed of urethane in which tin oxide having a dry weight ratio of 40% with urethane was dispersed as a conductive filler was used (liquid viscosity: 20 m · pa · s) to obtain a conductive surface layer agent. . This conductive surface layer agent was dipped in the elastic roller prepared above, pulled up, dried, and heat-treated at 145 ° C. for 2 hours to provide a conductive resin layer on the outer periphery of the elastic layer. Was obtained.
[0024]
When the film thickness of the surface layer of the developing roller was measured, a roller having a uniform thickness with a maximum film thickness of 20 μm and a minimum film thickness of 16 μm was obtained. In particular, good results were obtained for the film thickness in the image area portion (width 210 mm). The method of measuring the film thickness is to measure the outer diameter of the elastic roller before coating with a laser length measuring machine, measure the outer diameter of the rubber roller with the surface layer after coating in the same way, and half the difference in the outer diameter of each. Was the film thickness. The hardness of the developing roller obtained here was 45 (Aseeker C).
[0025]
When the resistance value of the obtained developing roller 4 during rotation was measured, it was 6E6Ω. As shown in FIG. 4, the measuring method is such that a load of 500 g is applied to both ends of the cored bar 4b, and the cored bar 4b and the metal drum 7 are rotated so that the number of rotations of the developing roller becomes 60 rpm. A resistance of the developing roller 4 was measured by applying a voltage of 200V. This developing roller was pressed against the photosensitive drum in a state where the amount of intrusion became 30 μm, and an image was evaluated by halftone using this developing roller. As a result, a good image could be obtained. Specifically, it was possible to achieve a high-quality image without density unevenness or fog. Further, the contact angle of the conductive surface layer agent used here was measured to be 36 degrees.
[0026]
Embodiment 2
10 parts of carbon black and 100 parts of polydimethylsiloxane having silicon-bonded hydrogen atoms are kneaded with 100 parts of vinyl-terminated polydimethylsiloxane until they are uniformly dispersed by a roll, and an adhesive-coated core metal 4b is set. The mixed material was poured into a pipe-shaped mold. Thereafter, the mold was bridged at 200 kg / cm 2 at 120 ° C. for 30 minutes while sandwiching the mold with a hot plate. After cooling, the pipe mold was removed, and heated at 200 ° C. for 4 hours using a hot-air drying furnace. An elastic roller was obtained by the subsequent curing. The same core metal as used in Example 1 was used here.
The conductive surface layer agent applied to this elastic roller was adjusted as follows. First, carbon black was added to a mixed solution containing methyl ethyl ketone as a main solvent adjusted to have a solid content of 5% of urethane resin, 15 parts by weight based on the resin component, and urethane particles having a number average particle diameter of 3 μm based on the resin component. The mixture was added to 10 parts and stirred and dispersed sufficiently to obtain a coating liquid (liquid viscosity: 20 m · pa · s). After coating by dipping the elastic roller in this liquid, it is pulled up, dried, and heat-treated at 160 ° C. for 2 hours to form a conductive resin layer on the outer periphery of the elastic layer. 4 was obtained. When the film thickness of the surface layer of the developing roller was measured, it was possible to obtain a roller having a uniform thickness with a maximum film thickness of 18 μm and a minimum film thickness of 15 μm. In particular, good results were obtained for the film thickness in the image area portion (width 210 mm). The method of measuring the film thickness is to measure the outer diameter of the elastic roller before coating with a laser length measuring machine, measure the outer diameter of the rubber roller with the surface layer after coating in the same way, and half the difference in the outer diameter of each. Was the film thickness. The hardness of the developing roller obtained here was 35 (Aseeker C).
[0027]
When the resistance value of the obtained developing roller 4 during rotation was measured, it was 4E5Ω. As shown in FIG. 4, the measuring method is such that a load of 500 g is applied to both ends of the cored bar 4b, and the cored bar 4b and the metal drum 7 are rotated so that the number of rotations of the developing roller becomes 60 rpm. A resistance of the developing roller 4 was measured by applying a voltage of 200V. This developing roller was pressed against the photosensitive drum in a state where the amount of intrusion became 30 μm, and an image was evaluated by halftone using this developing roller. As a result, a good image could be obtained. Specifically, it was possible to achieve a high-quality image without density unevenness or fog. Further, the contact angle of the conductive surface layer agent used here was measured to be 36 degrees.
[0028]
Embodiments 3, 4, and 5
Image evaluation was performed on the developing roller prepared in the same manner as in Example 2 except that the contact angles were changed to 25 degrees, 18 degrees, and 15 degrees. Table 1 shows the carbon content, urethane particle diameter, and particle addition amount of Examples 3, 4, and 5.
[0029]
[Table 1]
[0030]
[Comparative Examples 1 and 2]
The image of the developing roller prepared in the same manner as in Example 2 except that the contact angles were changed to 10 degrees and 49 degrees was evaluated. Table 2 shows the carbon content, urethane particle diameter, and particle addition amount of Comparative Examples 1 and 2.
[0031]
[Table 2]
[0032]
Table 3 summarizes the image evaluation results of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2.
[0033]
[Table 3]
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
In an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine, a printer, an electrostatic recording apparatus, etc., the contact angle of the material used for the conductive surface layer of the developing roller of the present invention with the liquid polyester resin is set to 38 degrees or less. The developing roller can send the developer to the latent image bearing member from the developing roller to the latent image carrier. Roller, an electrophotographic process cartridge having the developing roller, and an electrophotographic image forming apparatus.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of an image forming apparatus showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view and a cross-sectional view of a semiconductive roller according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view of an apparatus for measuring a resistance value of a rubber roller.
[Explanation of symbols]
1. Electrophotographic photoreceptor (photosensitive drum)
2 Charging means 3 Exposure system 4 Developing means 4a Elastic layer 4b Core 4c Surface layer 5 Transfer means 6 Cleaning means 7 Metal drums E1, E2, E3 Power supply for bias application
