【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ等の電子写真装置や静電記録装置などの画像形成装置に用いられる現像ローラと、この現像ローラを用いた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置では、潜像を保持した感光ドラム等にトナー（非磁性一成分現像剤）を供給し、感光ドラムの潜像に該現像剤を付着させて潜像を可視化する現像方法として、加圧現像法が知られている。
【０００３】
この加圧現像法は、トナーを担持した現像ローラを感光ドラム等の静電潜像を保持した潜像保持体（画像形成体）に接触させて、トナーを該潜像保持体の潜像に付着させることにより現像を行うもので、このため上記現像ローラを導電性を有する弾性体で形成する必要がある。
【０００４】
また、潜像保持体と現像ローラとの間に微小な間隙を設けてトナーを飛翔させたり、アパチャー電極を用いたトナージェット法等にもこの様な導電性弾性ローラが用いられている。
【０００５】
この加圧現像法を例にとると、例えば図２に示されているように、トナーを供給するためのトナー塗布用ローラ４と静電潜像を保持した感光ドラム（画像形成体）５との間に、上記現像ローラ１が配設され、これら現像ローラ１、感光ドラム５及びトナー塗布用ローラ４がそれぞれ図中矢印方向に回転することにより、トナー６がトナー塗布用ローラ４により現像ローラ１の表面に供給され、このトナーが成層ブレード７により均一な薄層に整えられ、この状態で現像ローラ１が感光ドラム５と接触しながら回転することにより、薄層に形成されたトナーが現像ローラ１から感光ドラム５の潜像に付着して、該潜像が可視化するようになっている。なお、図中８は転写部であり、ここで紙等の記録媒体にトナー画像を転写するようになっている。また９はクリーニング部であり、そのクリーニングブレード１０により転写後に感光ドラム５表面に残留するトナーを除去するようになっている。
【０００６】
この場合、現像ローラ１は、感光ドラム５に密着した状態を確実に保持しつつ回転しなければならず、このため図１に示されているように、金属等の良導電性材料からなるシャフト２の外周に、シリコーンゴム、ＮＢＲ、ＥＰＤＭ、ＥＣＯ、ポリウレタン等のエラストマーにカーボンブラックや金属粉を分散させた半導電性の弾性体やこれらを発泡させたフォーム体からなる半導電性弾性層３を形成した構造となっている。更に、トナーに対する帯電性や付着性の制御のため、あるいは現像ローラと成層ブレードとの摩擦力の制御や、現像ローラの弾性体による感光体の汚染防止の目的で樹脂被覆層３ａを表面に形成する場合もある。
【０００７】
この樹脂被覆層を設ける方法として、溶剤系又は水系の塗料中にローラをディップ又はスプレーした後に熱又は熱風で乾燥硬化する方法が行われているが、長時間の乾燥が必要であるため、量産には長い乾燥ラインが必要である。また、ローラのソリッド層はその用途から微妙な導電性、表面状態が要求されるため、乾燥ライン内の温度分布、風量のバラツキが性能に大きく影響する等、コスト、品質上の問題があった。
【０００８】
このような問題点を解決するものとして、紫外線硬化型樹脂を塗布し紫外線照射して硬化させて樹脂被覆層を形成した現像ローラが特開２００２−３１０１３６号公報に記載されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−３１０１３６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
紫外線硬化型樹脂を塗布して硬化させることにより形成された樹脂被覆層は、未反応樹脂が残留し、感光性ドラムを汚染するおそれがある。特に、樹脂被覆層の電気抵抗値調整等のために紫外線硬化型樹脂にカーボンブラックを配合した場合、カーボンブラックが紫外線を吸収するために紫外線硬化型樹脂の硬化が阻害され易い。
【００１１】
本発明は、未反応樹脂の残留を防止して感光性ドラムの汚染を防止することができる樹脂被覆層を有した現像ローラと、この現像ローラを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、その一態様において、導電性が改善された樹脂被覆層を有する現像ローラと、この現像ローラを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の現像ローラは、外周面に少なくとも１層の樹脂被覆層を有する現像ローラにおいて、該樹脂被覆層は電子線硬化型樹脂よりなることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の画像形成装置は、この現像ローラを備えたものである。
【００１５】
かかる本発明の現像ローラの樹脂被覆層は、電子線硬化型樹脂を硬化させてなるものであるため、電子線の照射量を適正化することにより、未反応樹脂が残留することが防止される。また、電子線の加速電圧を調整することにより、架橋密度を調整することも可能である。さらに、電子線はカーボンブラックの影響を受けないので、電子線硬化型樹脂にカーボンブラックを配合しても十分に硬化させることができ、未反応樹脂の残留を防止することができる。
【００１６】
この樹脂被覆層に導電剤を含有させることにより、樹脂被覆層の電気抵抗値を低下させ、現像特性を向上させることができる。導電剤としては、イオン導電剤、カーボンブラック等が例示される。導電剤が透明導電剤であるときには、ＩＴＯ、ＳｎＯ２、ＺｎＯなどの金属酸化物が例示される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明につき更に詳しく説明する。本発明の現像ローラは、例えば図１に示されたローラ１のように、良導電性シャフト２の外周に半導電性の弾性層３を形成し、更に該半導電性弾性層３上に樹脂被覆層３ａを形成したたものである。
【００１８】
シャフト２としては、良好な導電性を有するものであれば、いずれのものも使用し得るが、通常は鉄、ステンレススチール、アルミニウム等の金属製の中実体からなる芯金や、内部を中空にくりぬいた金属製円筒体等の金属製シャフトが用いられる。
【００１９】
このシャフト２の外周に形成する半導電性弾性層３は、エラストマー単体もしくはそれを発泡させたフォーム体にカーボンブラック等の電子導電剤や過塩素酸ナトリウム等のイオン導電剤を配合して抵抗値を調整した半導電性の弾性体により形成される。
【００２０】
上記エラストマーとしては、シリコーンゴム、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、天然ゴム、ＳＢＲ、ブチルゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、ＥＶＡ、ポリウレタン、及びこれらの混合物等が挙げられるが、特にシリコーンゴム、ＥＰＤＭ、エピクロロヒドリンゴム、ポリウレタンが好ましく用いられる。また、これらエラストマーを発泡剤を用いて化学的に発泡させたり、ポリウレタンフォームのように空気を機械的に巻き込んで発泡させたフォーム体としても用いることができる。
【００２１】
本発明では、シャフト２と弾性層３との一体化を行うための成形工程において、反応射出成形法（ＲＩＭ成形法）を用いてもよい。即ち、弾性層３の原料成分を構成する２種のモノマー成分を筒状型内に混合射出して、重合反応させて、シャフト２と弾性層３とを一体化する。これにより原料の注入から脱型までの所要時間６０秒程度で成形工程を行うことができるので、生産コストを大幅に削減することが可能となる。
【００２２】
また、この半導電性弾性層３に配合される導電剤としては、電子導電剤、イオン導電剤等が用いられる。
【００２３】
電子導電剤を例示すれば、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、ＳＡＦ，ＩＳＡＦ，ＨＡＦ，ＦＥＦ，ＧＰＦ，ＳＲＦ，ＦＴ，ＭＴ等のゴム用カーボン、酸化処理等を施したカラ−（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、カーボンウイスカー、黒鉛ウイスカー、炭化チタンウイスカー、導電性チタン酸カリウムウイスカー、導電性チタン酸バリウムウイスカー、導電性酸化チタンウイスカー、導電性酸化亜鉛ウイスカー等の導電性ウイスカー等が挙げられる。これら電子導電剤の配合量は、通常上記エラストマー１００重量部に対して１〜５０重量部、特に５〜４０重量部の範囲で好適に用いられる。
【００２４】
また、イオン導電剤を例示すれば、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、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、ベンジ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等の過塩素酸塩、塩素酸塩、塩酸塩、臭素酸塩、ヨウ素酸塩、ホウ弗化水素酸塩、硫酸塩、エチル硫酸塩、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、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどのアルカリ金属、アルカリ土類金属の過塩素酸塩、塩素酸塩、塩酸塩、臭素酸塩、ヨウ素酸塩、ホウ弗化水素酸塩、硫酸塩、トリフルオロメチル硫酸塩、スルホン酸塩等が挙げられる。これらイオン導電剤の配合量は、通常上記エラストマー１００重量部に対して０．０１〜５重量部、特に０．０５〜２重量部の範囲で好適に用いられる。
【００２５】
なお、上記導電剤は、１種を単独で用いても２種以上を組み合わせて用いてもよく、この場合電子導電剤とイオン導電剤とを組み合わせることも可能である。
【００２６】
この半導電性弾性層３は、特に制限されるものではないが、上記導電剤の配合により、その抵抗値を１０３〜１０１０Ωｃｍ、特に１０４〜１０８Ωｃｍとすることが好ましい。抵抗値が１０３Ωｃｍ未満であると電荷が感光ドラム等にリークしたり、電圧により現像ローラ自身が破壊したりする場合があり、一方１０１０Ωｃｍを超えると、地かぶりが発生しやすくなる。
【００２７】
この半導電性弾性層３には、必要に応じて上記エラストマーをゴム状物質とするために架橋剤、加硫剤を添加することができる。この場合、有機過酸化物架橋及び硫黄架橋のいずれの場合でも加硫助剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、加硫遅延剤等を用いることができる。更にまた、上記以外にもゴムの配合剤として一般に用いられているしゃく解剤、発泡剤、可塑剤、軟化剤、粘着付与剤、粘着防止剤、分離剤、離型剤、増量剤、着色剤等を添加することができる。
【００２８】
ポリウレタン又はＥＰＤＭを基材として弾性層３を形成する場合には、例えば現像ローラとして使用する際の表面上のトナー帯電量をコントロールする目的でニグロシン、トリアミノフェニルメタン、カチオン染料などの各種荷電制御剤、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、ナイロンなどの微粉体を添加することができる。この場合、これら添加剤の添加量は、上記ポリウレタン又はＥＰＤＭ１００重量部に対して、上記荷電制御剤は１〜５重量部、上記微粉体は１〜１０重量部とすることが好ましい。
【００２９】
半導電性弾性層３の硬度は、特に制限されるものではないが、アスカーＣ硬度で８０度以下、特に４０〜７０度とすることが好ましい。この場合、硬度が８０度を超えると、現像ローラと感光ドラム等との接触面積が小さくなり、良好な現像が行えなくなるおそれがある。更に、トナーに損傷を与え感光体や成層ブレードへのトナー固着などが発生して画像不良となりやすい。逆に、あまり低硬度にすると感光体や成層ブレードとの摩擦力が大きくなり、ジッターなどの画像不良が発生する虞がある。
【００３０】
この半導電性弾性層３は、感光体や成層ブレードなどに当接して使用されるため、硬度を低硬度に設定する場合でも、圧縮永久歪をなるべく小さくすることが好ましく、具体的には２０％以下とすることが好ましい。
【００３１】
半導電性弾性層３の表面粗さは、特に制限されるものではないが、ＪＩＳ１０点平均粗さで１５μｍＲｚ以下、特に１〜１０μｍＲｚとすることが好ましい。表面粗さが１５μｍＲｚを超えると一成分現像剤（トナー）のトナー層の層厚や帯電の均一性が損なわれる場合があるが、１５μｍＲｚ以下とすることにより、トナーの付着性を向上させることができると共に、長期使用時でのローラの摩耗による画像劣化をより確実に防止し得る。
【００３２】
適切な粗さを得るために、ローラ表面を研磨しても良いが、研磨工程を設ける事は非常に生産性を悪化させ、コストの上昇を招く。そこで、弾性体成型時のモールドの表面粗さを最適化して、そのまま用いる事が好ましい。
【００３３】
本発明の現像ローラには、図１に示したように、上記半導電性弾性層３上に抵抗調整やトナーの帯電量、搬送量を制御するために、電子線硬化型樹脂を硬化させてなる樹脂被覆層３ａを形成する。
【００３４】
この樹脂被覆層３ａを形成する電子線硬化型樹脂としてはポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、アミノ樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、アクリルウレタン樹脂、ウレタン樹脂、アルキッド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、シリコーン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂などが挙げられ、これらの１種又は２種以上を混合して用いることができる。更に、これらの樹脂に特定の官能基を導入した変性樹脂を用いることもできる。
【００３５】
また、この樹脂被覆層３ａの力学的強度、耐環境特性を改善するために架橋構造を導入することが好ましい。
【００３６】
電子線硬化型の樹脂としては、特に限定されるものではないが、（メタ）アクリレートオリゴマーを含む（メタ）アクリレート系電子線硬化型樹脂組成物が好適である。
【００３７】
かかる（メタ）アクリレートオリゴマーとしては、例えば、ウレタン系（メタ）アクリレートオリゴマー、エポキシ系（メタ）アクリレートオリゴマー、エーテル系（メタ）アクリレートオリゴマー、エステル系（メタ）アクリレートオリゴマー、ポリカーボネート系（メタ）アクリレートオリゴマー等、また、フッ素系、シリコーン系の（メタ）アクリルオリゴマーなどを挙げることができる。
【００３８】
上記（メタ）アクリレートオリゴマーは、ポリエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、多価アルコールとε−カプロラクトンの付加物等の化合物と、（メタ）アクリル酸との反応により、あるいはポリイソシアネート化合物及び水酸基を有する（メタ）アクリレート化合物をウレタン化することにより合成することができる。
【００３９】
ウレタン系（メタ）アクリレートオリゴマーは、ポリオール、イソシアネート化合物と水酸基を有する（メタ）アクリレート化合物とをウレタン化することによって得られる。
【００４０】
エポキシ系（メタ）アクリレートオリゴマーの例としては、グリシジル基を有する化合物と（メタ）アクリル酸との反応生成物であればいずれでもよいが、中でもベンゼン環、ナフタレン環、スピロ環、ジシクロペンタジエン、トリシクロデカン等の環状構造を有し、かつグリシジル基を有する化合物と（メタ）アクリル酸の反応生成物が好ましい。
【００４１】
更に、エーテル系（メタ）アクリレートオリゴマー、エステル系（メタ）アクリレートオリゴマー及びポリカーボネート系（メタ）アクリレートオリゴマーは、各々に対するポリオール（ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール及びポリカーボネートポリオール）と（メタ）アクリル酸との反応によって得ることができる。
【００４２】
電子線硬化型の樹脂組成物には、必要に応じて粘度調整のために重合性二重結合を有する反応性希釈剤を配合する。このような反応性希釈剤としては、アミノ酸や水酸基を含む化合物に（メタ）アクリル酸がエステル化反応及びアミド化反応で結合した構造の、例えば、単官能、２官能または多官能の重合性化合物等を使用することができる。これらの希釈剤は、（メタ）アクリレートオリゴマー１００重量部当たり、通常１０〜２００重量部用いることが好ましい。
【００４３】
この樹脂被覆層３ａには、その導電性を制御する目的で導電剤を配合することができ、導電剤としては、上記半導電性弾性層３に用いられる導電剤として例示したものと同様のものを例示することができる。
【００４４】
樹脂被覆層に導電剤としてカーボンブラックを配合する場合、その配合量は樹脂１００重量部に対し１００重量部以下特に１〜８０重量部とりわけ１〜５０重量部とするのが好ましい。
【００４５】
樹脂被覆層３ａにイオン導電剤を配合する場合、その配合量は樹脂１００重量部に対し２０重量部以下、特に０．０１〜２０重量部、とりわけ１〜２０重量部であることが好ましい。
【００４６】
なお、導電剤がＩＴＯ、酸化スズ、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、もしくは、導電性酸化チタンウイスカー、導電性チタン酸ベリウムウイスカーのように透明導電剤である場合には、樹脂１００重量部に対し１００重量部以下、特に１〜８０重量部、とりわけ１０〜５０重量部であることが好適である。
【００４７】
なお、樹脂被覆層３ａを構成する電子線硬化型樹脂には、その他必要に応じて種々の添加剤を適量添加することができる。
【００４８】
このような電子線硬化型樹脂よりなる樹脂被覆層３ａを上記半導電性弾性層３上に形成する方法としては、上記樹脂成分及び添加剤を含有する組成物よりなる塗工液を上記半導電性弾性層３の表面に塗布し、電子線を照射する方法が好適に採用される。この塗工液は溶剤を含まないものであることが好ましい。
【００４９】
この塗工液を塗布する方法としては、スプレー法、ロールコーター法、ディッピング法が挙げられる。
【００５０】
この樹脂被覆層３ａの厚さは、特に制限されるものではないが、通常１〜５００μｍ特に３〜２００μｍとりわけ５〜１００μｍ程度とすることが好ましい。厚さが１μｍ未満であると、長期使用時の摩擦により十分に表面層の帯電性能を確保することができなくなる場合があり、一方５００μｍを超えると、現像ローラ表面が硬くなり、トナーにダメージを与えて感光体等の画像形成体や成層ブレードへのトナーの固着が発生して画像不良となる場合がある。
【００５１】
本発明の現像ローラは、電気抵抗を１０３〜１０１０Ω特に１０４〜１０８Ωとすることが好ましい。この場合抵抗値が１０３Ω未満であると、階調性コントロールが著しく困難となり、また感光体等の画像形成体に欠陥があった場合バイアスリークが生じることもある。一方、抵抗値が１０１０Ωを超えると、例えばトナーを感光体等の潜像保持体に現像する場合、現像バイアスがトナー担持体である現像ローラ自体の高抵抗のために電圧降下をおこし、現像に十分な現像バイアスが確保できなくなって、十分な画像濃度が得られなくなってしまう。なお、この抵抗値の測定は、例えば平板又は円筒状の対極に現像ローラの外周面を所定圧力で押し当て、シャフトと対極との間に１００Ｖの電圧を印加して、その時の電流値から求めることができる。
【００５２】
このように、現像ローラの抵抗値を適正かつ均一に制御することはトナーが移動するための電界強度を適正かつ均一に保つ点で重要である。
【００５３】
本発明の現像ローラは、トナーを用いる画像形成装置に組み込むことができ、具体的には図２に示すように、トナーを供給するためのトナー塗布用ローラ４と静電潜像を保持した感光ドラム５との間に、本発明の現像ローラ１を感光ドラム５と接触又は近接した状態で配設し、トナー塗布用ローラ４によりトナー６をこの現像ローラ１に供給し、これを成層ブレード７により均一な薄層に整え、更にこの薄層からトナーを感光ドラム５に供給し、該感光ドラム５の静電潜像にトナーを付着させて潜像を可視化することができる。なお、図２の詳細については、従来技術において説明しているのでその説明を省略する。
【００５４】
【実施例】
以下、実施例，比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。
【００５５】
［実施例１］
サンニックスＦＡ９５２（三洋化成工業株式会社製ポリエーテルポリオール、ＯＨ価＝３７）１００部、ＳＲＸ２７４Ｃ（東レダウコーニングシリコン株式会社製整泡剤）１部、ＴＯＹＯＣＡＴ ＮＰ（東ソー株式会社製アミン触媒）２．８部、ＴＯＹＯＣＡＴ ＥＰ（東ソー株式会社製アミン触媒）１．５部及びサンフォームＩＣ−７１６（三洋化成株式会社トリレンジイソシアネート）５９部を機械的に撹拌して発泡させた。
【００５６】
内径１６ｍｍ、長さ２５０ｍｍの、表面をフッ素加工した金属製円筒型の片側開口部から、外径６．０ｍｍ、長さ２４０ｍｍの金属製シャフトを配置し、上記の発泡ポリウレタン原料８．０ｇを発泡機から注入した。
【００５７】
次いで、発泡ポリウレタン原料が注入されたモールドを８０℃のオーブン中で２０分間キュアした後脱型し、外径が１２ｍｍ、フォーム部分の全長が２１０ｍｍのウレタンフォーム発泡体層とスキン層とからなる弾性層を有する発泡体ローラを得た。発泡体層の密度は０．１２ｇ／ｃｍ３で、全体に均一な密度と硬度を有していた。
【００５８】
このようにして製作したローラ本体の外周面に表１に示すように、イオン導電剤としてホウフッ化テトラブチルアンモニウムを２ＰＨＲ配合したウレタン系電子線硬化型樹脂組成物よりなる塗工液を厚み１００μｍになるように、ロールコータで塗布した後、ウシオ電機（株）製Ｍｉｎ−ＥＢ装置を用いてローラを回転させながら、加速電圧３０ｋＶ、管電流３００μＡ、照射距離１００ｍｍ、雰囲気１Ｔｏｒｒ、照射時間１分の条件で電子線を照射したところ、塗膜は瞬時に硬化して弾力性のある樹脂被覆層が形成された。なお、この塗工液は溶剤（有機溶剤）を全く含有していない。
【００５９】
得られたローラは、表１に示す特性を有し、現像ローラに適したものであった。なお、樹脂被覆層の形成に要した時間は合計で３分であった。
【００６０】
［実施例２］
導電剤として、酸化スズ粉末２０ＰＨＲを配合したほかは実施例１と同様にして現像ローラを製作した。このローラも、表１に示す特性を有し、現像ローラに適したものであった。
【００６１】
［実施例３］
導電剤として、ホウフッ化テトラブチアンモニウム１ＰＨＲと酸化スズ粉末１０ＰＨＲを配合したほかは実施例１と同様にして現像ローラを製作した。このローラも、表１に示す特性を有し、現像ローラに適したものであった。
【００６２】
［実施例４］
導電剤として、カーボンブラック（ケッチェンブラック）２０ＰＨＲを配合したほかは実施例１と同様にして現像ローラを製作した。このローラも、表１に示す特性を有し、現像ローラに適したものであった。
【００６３】
【表１】
【００６４】
なお、実施例１，４において、電子線照射の代りに紫外線照射を行ったが、塗膜は硬化しなかった。
【００６５】
また、実施例４において、電子線照射の代りに熱硬化（１３０℃）を行ったが、５Ｈｒ以上熱処理しても十分には硬化せず、弾性層に与えられるダメージが大きなものとなった。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の現像ローラ及びこれを用いた画像形成装置によれば、未反応樹脂による感光性ドラムの汚染を防止し、高品位な画像を確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】現像ローラの断面図である。
【図２】画像形成装置の構成図である。
【符号の説明】
１ 現像ローラ
２ シャフト
３ 半導電性弾性層
３ａ 樹脂被覆層
６ トナー[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a developing roller used for an image forming apparatus such as an electrophotographic apparatus such as a copying machine and a printer and an electrostatic recording apparatus, and an image forming apparatus using the developing roller.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In an electrophotographic image forming apparatus such as a copying machine or a printer, a toner (a non-magnetic one-component developer) is supplied to a photosensitive drum holding a latent image, and the developer is attached to the latent image on the photosensitive drum. As a developing method for visualizing a latent image, a pressure developing method is known.
[0003]
In this pressure development method, a developing roller carrying toner is brought into contact with a latent image holding member (image forming member) holding an electrostatic latent image, such as a photosensitive drum, and toner is applied to the latent image on the latent image holding member. The development is performed by attaching the developing roller. Therefore, the developing roller needs to be formed of an elastic body having conductivity.
[0004]
Further, such a conductive elastic roller is also used in a case where a minute gap is provided between the latent image holding member and the developing roller so that the toner flies, a toner jet method using an aperture electrode, and the like.
[0005]
Taking this pressure development method as an example, as shown in FIG. 2, for example, a toner application roller 4 for supplying toner and a photosensitive drum (image forming body) 5 holding an electrostatic latent image are provided. The developing roller 1, the photosensitive drum 5, and the toner applying roller 4 are respectively rotated in the direction of the arrow in the drawing, so that the toner 6 is developed by the toner applying roller 4. The toner is supplied to the surface of the photosensitive drum 5 and is formed into a uniform thin layer by the stratification blade 7. In this state, the developing roller 1 rotates while being in contact with the photosensitive drum 5. The latent image adheres to the latent image on the photosensitive drum 5 from the roller 1 and is visualized. In the figure, reference numeral 8 denotes a transfer unit, which transfers a toner image to a recording medium such as paper. Reference numeral 9 denotes a cleaning unit which removes toner remaining on the surface of the photosensitive drum 5 after transfer by the cleaning blade 10.
[0006]
In this case, the developing roller 1 must rotate while securely maintaining a state in which the developing roller 1 is in close contact with the photosensitive drum 5, and therefore, as shown in FIG. 2. A semiconductive elastic layer 3 made of a semiconductive elastic body in which carbon black or metal powder is dispersed in an elastomer such as silicone rubber, NBR, EPDM, ECO, or polyurethane, or a foam body formed by foaming them. Is formed. Further, a resin coating layer 3a is formed on the surface for the purpose of controlling the chargeability and adhesion of the toner, controlling the frictional force between the developing roller and the layering blade, and preventing the photosensitive member from being contaminated by the elastic body of the developing roller. In some cases.
[0007]
As a method of providing this resin coating layer, a method of dipping or spraying a roller in a solvent-based or water-based coating and then drying and curing with heat or hot air is performed. However, since drying for a long time is required, mass production is required. Requires a long drying line. In addition, since the solid layer of the roller is required to have delicate conductivity and surface condition depending on the application, there are problems in cost and quality, such as the temperature distribution in the drying line and the variation of the air volume greatly affect the performance. .
[0008]
As a solution to such a problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-310136 describes a developing roller in which an ultraviolet curable resin is applied and cured by irradiating ultraviolet rays to form a resin coating layer.
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-310136
[Problems to be solved by the invention]
In the resin coating layer formed by applying and curing the ultraviolet curable resin, unreacted resin remains, which may contaminate the photosensitive drum. In particular, when carbon black is blended with an ultraviolet curable resin for adjusting the electric resistance of the resin coating layer, etc., the curing of the ultraviolet curable resin tends to be hindered because the carbon black absorbs ultraviolet rays.
[0011]
An object of the present invention is to provide a developing roller having a resin coating layer capable of preventing unreacted resin from remaining and preventing contamination of a photosensitive drum, and an image forming apparatus including the developing roller. I do.
[0012]
Another object of the present invention is to provide, in one aspect thereof, a developing roller having a resin coating layer with improved conductivity, and an image forming apparatus provided with the developing roller.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The developing roller of the present invention is a developing roller having at least one resin coating layer on an outer peripheral surface, wherein the resin coating layer is made of an electron beam curable resin.
[0014]
The image forming apparatus of the present invention includes the developing roller.
[0015]
Since the resin coating layer of the developing roller of the present invention is obtained by curing an electron beam-curable resin, by optimizing the irradiation amount of the electron beam, the unreacted resin is prevented from remaining. . Further, the crosslink density can be adjusted by adjusting the acceleration voltage of the electron beam. Furthermore, since the electron beam is not affected by the carbon black, even if the electron beam-curable resin is blended with the carbon black, it can be sufficiently cured and the unreacted resin can be prevented from remaining.
[0016]
By including a conductive agent in this resin coating layer, the electric resistance value of the resin coating layer can be reduced, and the development characteristics can be improved. Examples of the conductive agent include an ionic conductive agent and carbon black. When the conductive agent is a transparent conductive agent, metal oxides such as ITO, SnO 2 , and ZnO are exemplified.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail. The developing roller of the present invention has a semiconductive elastic layer 3 formed on the outer periphery of a good conductive shaft 2 like the roller 1 shown in FIG. This is one in which the coating layer 3a is formed.
[0018]
As the shaft 2, any material having good conductivity can be used, but usually, a metal core such as iron, stainless steel, or aluminum, or a hollow metal inside is used. A metal shaft such as a hollow metal cylinder is used.
[0019]
The semiconductive elastic layer 3 formed on the outer periphery of the shaft 2 is formed by blending an electronic conductive agent such as carbon black or an ionic conductive agent such as sodium perchlorate into a single elastomer or a foam obtained by foaming the elastomer. It is formed of a semiconductive elastic body in which is adjusted.
[0020]
Examples of the elastomer include silicone rubber, EPDM, NBR, natural rubber, SBR, butyl rubber, chloroprene rubber, acrylic rubber, epichlorohydrin rubber, EVA, polyurethane, and a mixture thereof. In particular, silicone rubber, EPDM, Epichlorohydrin rubber and polyurethane are preferably used. In addition, these elastomers can also be used as a foam body that is chemically foamed by using a foaming agent, or foamed by mechanically entrapped air, such as a polyurethane foam.
[0021]
In the present invention, a reaction injection molding method (RIM molding method) may be used in a molding step for integrating the shaft 2 and the elastic layer 3. That is, the two types of monomer components constituting the raw material components of the elastic layer 3 are mixed and injected into a cylindrical mold, and a polymerization reaction is performed, whereby the shaft 2 and the elastic layer 3 are integrated. As a result, the molding process can be performed in a required time of about 60 seconds from the injection of the raw material to the demolding, so that the production cost can be significantly reduced.
[0022]
In addition, as the conductive agent to be mixed into the semiconductive elastic layer 3, an electronic conductive agent, an ionic conductive agent, or the like is used.
[0023]
Examples of the electronic conductive agent include conductive carbon such as Ketjen black and acetylene black, carbon for rubber such as SAF, ISAF, HAF, FEF, GPF, SRF, FT, and MT; Ink) carbon, pyrolytic carbon, natural graphite, artificial graphite, antimony-doped tin oxide, titanium oxide, zinc oxide, nickel, copper, silver, germanium and other metals and metal oxides, polyaniline, polypyrrole, polyacetylene, etc. Whiskers such as conductive polymers, carbon whiskers, graphite whiskers, titanium carbide whiskers, conductive potassium titanate whiskers, conductive barium titanate whiskers, conductive titanium oxide whiskers, and conductive zinc oxide whiskers. The compounding amount of these electronic conductive agents is preferably 1 to 50 parts by weight, especially 5 to 40 parts by weight, based on 100 parts by weight of the elastomer.
[0024]
Examples of ionic conductive agents include perchlorates, chlorates, hydrochlorides, bromine salts such as tetraethylammonium, tetrabutylammonium, dodecyltrimethylammonium, hexadecyltrimethylammonium, benzyltrimethylammonium and modified fatty acid dimethylethylammonium. Ammonium salts such as acid salts, iodate salts, borofluoride salts, sulfate salts, ethyl sulfate salts, carboxylate salts, and sulfonates; alkali metals such as lithium, sodium, potassium, calcium, and magnesium; and alkaline earth salts Metal perchlorates, chlorates, hydrochlorides, bromates, iodates, borofluorides, sulfates, trifluoromethyl sulfates, sulfonates and the like can be mentioned. The compounding amount of these ionic conductive agents is usually suitably used in the range of 0.01 to 5 parts by weight, particularly 0.05 to 2 parts by weight based on 100 parts by weight of the elastomer.
[0025]
The conductive agent may be used alone or in combination of two or more. In this case, an electronic conductive agent and an ionic conductive agent may be combined.
[0026]
The semiconductive elastic layer 3 is not particularly limited, but preferably has a resistance value of 10 3 to 10 10 Ωcm, particularly 10 4 to 10 8 Ωcm, depending on the composition of the conductive agent. If the resistance value is less than 10 3 Ωcm, electric charges may leak to the photosensitive drum or the like, or the developing roller itself may be damaged by a voltage. On the other hand, if the resistance value exceeds 10 10 Ωcm, fogging tends to occur.
[0027]
If necessary, a crosslinking agent and a vulcanizing agent can be added to the semiconductive elastic layer 3 in order to convert the elastomer into a rubbery substance. In this case, a vulcanization aid, a vulcanization accelerator, a vulcanization acceleration aid, a vulcanization retarder and the like can be used in both cases of organic peroxide crosslinking and sulfur crosslinking. Furthermore, peptizing agents, foaming agents, plasticizers, softeners, tackifiers, antiblocking agents, separating agents, mold release agents, extenders, coloring agents that are commonly used as rubber compounding agents other than those described above. Etc. can be added.
[0028]
When the elastic layer 3 is formed using polyurethane or EPDM as a base material, for example, various charge controls such as nigrosine, triaminophenylmethane, and a cationic dye are used in order to control the amount of toner charge on the surface when used as a developing roller. Agents, silicone resin, silicone rubber, and fine powder of nylon and the like can be added. In this case, the amount of these additives is preferably 1 to 5 parts by weight of the charge control agent and 1 to 10 parts by weight of the fine powder, based on 100 parts by weight of the polyurethane or EPDM.
[0029]
The hardness of the semiconductive elastic layer 3 is not particularly limited, but is preferably 80 degrees or less, particularly 40 to 70 degrees in Asker C hardness. In this case, if the hardness exceeds 80 degrees, the contact area between the developing roller and the photosensitive drum or the like becomes small, and good development may not be performed. Further, the toner is damaged, and the toner adheres to the photoreceptor or the layered blade, and the image is likely to be defective. Conversely, if the hardness is too low, the frictional force between the photoconductor and the stratification blade becomes large, and image defects such as jitter may occur.
[0030]
Since the semiconductive elastic layer 3 is used in contact with a photoreceptor, a laminating blade, or the like, it is preferable that the compression set be as small as possible even when the hardness is set to a low hardness. % Is preferable.
[0031]
The surface roughness of the semiconductive elastic layer 3 is not particularly limited, but is preferably 15 μmRz or less, particularly preferably 1 to 10 μmRz in terms of JIS 10-point average roughness. When the surface roughness exceeds 15 μmRz, the thickness of the toner layer of the one-component developer (toner) and the uniformity of charging may be impaired. However, by adjusting the surface roughness to 15 μmRz or less, the adhesion of the toner can be improved. It is possible to more reliably prevent image deterioration due to abrasion of the roller during long-term use.
[0032]
The roller surface may be polished in order to obtain an appropriate roughness, but providing a polishing step greatly deteriorates productivity and causes an increase in cost. Therefore, it is preferable to optimize the surface roughness of the mold at the time of molding the elastic body and use it as it is.
[0033]
In the developing roller of the present invention, as shown in FIG. 1, an electron beam-curable resin is cured on the semiconductive elastic layer 3 in order to adjust the resistance and control the amount of toner charge and the amount of conveyance. A resin coating layer 3a is formed.
[0034]
Examples of the electron beam curable resin forming the resin coating layer 3a include polyester resin, polyether resin, fluorine resin, epoxy resin, amino resin, polyamide resin, acrylic resin, acrylic urethane resin, urethane resin, alkyd resin, phenol resin, Examples thereof include a melamine resin, a urea resin, a silicone resin, and a polyvinyl butyral resin, and one or more of these can be used as a mixture. Further, modified resins in which a specific functional group is introduced into these resins can also be used.
[0035]
Further, it is preferable to introduce a crosslinked structure in order to improve the mechanical strength and environmental resistance of the resin coating layer 3a.
[0036]
The electron beam-curable resin is not particularly limited, but a (meth) acrylate-based electron beam-curable resin composition containing a (meth) acrylate oligomer is preferable.
[0037]
Examples of such (meth) acrylate oligomer include urethane (meth) acrylate oligomer, epoxy (meth) acrylate oligomer, ether (meth) acrylate oligomer, ester (meth) acrylate oligomer, and polycarbonate (meth) acrylate oligomer. And fluorine-based and silicone-based (meth) acrylic oligomers.
[0038]
The (meth) acrylate oligomer includes compounds such as polyethylene glycol, polyoxypropylene glycol, polytetramethylene ether glycol, bisphenol A type epoxy resin, phenol novolak type epoxy resin, and adduct of polyhydric alcohol and ε-caprolactone; It can be synthesized by reaction with (meth) acrylic acid or by urethane-forming a polyisocyanate compound and a (meth) acrylate compound having a hydroxyl group.
[0039]
The urethane-based (meth) acrylate oligomer is obtained by urethane-forming a polyol, an isocyanate compound, and a (meth) acrylate compound having a hydroxyl group.
[0040]
Examples of the epoxy-based (meth) acrylate oligomer include any compound as long as it is a reaction product of a compound having a glycidyl group and (meth) acrylic acid. Among them, a benzene ring, a naphthalene ring, a spiro ring, dicyclopentadiene, A reaction product of a compound having a cyclic structure such as tricyclodecane and having a glycidyl group and (meth) acrylic acid is preferred.
[0041]
Further, ether (meth) acrylate oligomer, ester (meth) acrylate oligomer and polycarbonate (meth) acrylate oligomer are obtained by reacting polyol (polyether polyol, polyester polyol and polycarbonate polyol) with (meth) acrylic acid. Can be obtained by
[0042]
A reactive diluent having a polymerizable double bond is added to the electron beam-curable resin composition for viscosity adjustment, if necessary. Examples of such a reactive diluent include a monofunctional, bifunctional or polyfunctional polymerizable compound having a structure in which (meth) acrylic acid is bonded to a compound containing an amino acid or a hydroxyl group by an esterification reaction and an amidation reaction. Etc. can be used. These diluents are preferably used in an amount of usually 10 to 200 parts by weight per 100 parts by weight of the (meth) acrylate oligomer.
[0043]
The resin coating layer 3a may be mixed with a conductive agent for the purpose of controlling its conductivity. As the conductive agent, those similar to those exemplified as the conductive agent used in the semiconductive elastic layer 3 are used. Can be exemplified.
[0044]
When carbon black is compounded as a conductive agent in the resin coating layer, the compounding amount is preferably 100 parts by weight or less, more preferably 1 to 80 parts by weight, particularly preferably 1 to 50 parts by weight, per 100 parts by weight of the resin.
[0045]
When the ion conductive agent is compounded in the resin coating layer 3a, the compounding amount is preferably 20 parts by weight or less, particularly 0.01 to 20 parts by weight, particularly preferably 1 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the resin.
[0046]
The conductive agent is a metal such as ITO, tin oxide, titanium oxide, zinc oxide, nickel, copper, silver, and germanium, and a metal oxide, or a conductive titanium oxide whisker or a conductive beryllium titanate whisker. When the conductive agent is used, the amount is preferably 100 parts by weight or less, more preferably 1 to 80 parts by weight, particularly preferably 10 to 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the resin.
[0047]
In addition, an appropriate amount of other various additives can be added to the electron beam-curable resin constituting the resin coating layer 3a, if necessary.
[0048]
As a method for forming the resin coating layer 3a made of such an electron beam-curable resin on the semiconductive elastic layer 3, a coating liquid made of a composition containing the resin component and the additive is applied to the semiconductive elastic layer 3. A method of applying to the surface of the elastic elastic layer 3 and irradiating with an electron beam is suitably adopted. This coating liquid preferably does not contain a solvent.
[0049]
Examples of a method for applying the coating liquid include a spray method, a roll coater method, and a dipping method.
[0050]
Although the thickness of the resin coating layer 3a is not particularly limited, it is generally preferably about 1 to 500 μm, particularly about 3 to 200 μm, and particularly preferably about 5 to 100 μm. When the thickness is less than 1 μm, it may not be possible to sufficiently secure the charging performance of the surface layer due to friction during long-term use. On the other hand, when the thickness exceeds 500 μm, the surface of the developing roller becomes hard and damages the toner. In some cases, toner adheres to an image forming body such as a photoconductor or a layered blade, resulting in image failure.
[0051]
The developing roller of the present invention preferably has an electric resistance of 10 3 Ω to 10 10 Ω, particularly preferably 10 4 Ω to 10 8 Ω. In this case, if the resistance value is less than 10 3 Ω, gradation control becomes extremely difficult, and if an image forming body such as a photoreceptor has a defect, a bias leak may occur. On the other hand, when the resistance value exceeds 10 10 Ω, for example, when developing toner on a latent image holding member such as a photoconductor, the developing bias causes a voltage drop due to the high resistance of the developing roller itself, which is a toner carrying member, A sufficient developing bias for development cannot be secured, and a sufficient image density cannot be obtained. The resistance value is measured from a current value obtained by applying a voltage of 100 V between the shaft and the counter electrode by pressing the outer peripheral surface of the developing roller against a flat or cylindrical counter electrode at a predetermined pressure, for example. be able to.
[0052]
As described above, it is important to appropriately and uniformly control the resistance value of the developing roller in order to keep the electric field strength for toner movement appropriate and uniform.
[0053]
The developing roller of the present invention can be incorporated in an image forming apparatus using toner. Specifically, as shown in FIG. 2, a toner applying roller 4 for supplying toner and a photosensitive roller holding an electrostatic latent image are provided. The developing roller 1 of the present invention is disposed between and in contact with the photosensitive drum 5, the toner 6 is supplied to the developing roller 1 by the toner coating roller 4, and the developing roller 1 is Thus, the toner can be supplied to the photosensitive drum 5 from the thin layer, and the toner can be attached to the electrostatic latent image on the photosensitive drum 5 to visualize the latent image. Since the details of FIG. 2 have been described in the related art, the description thereof will be omitted.
[0054]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
[0055]
[Example 1]
1. Sannics FA952 (Sanyo Kasei Kogyo Co., Ltd., polyether polyol, OH value = 37) 100 parts, SRX274C (Toray Dow Corning Silicone Co., Ltd. foaming agent) 1 part, TOYOCAT NP (Tosoh Corporation amine catalyst) Eight parts, 1.5 parts of TOYOCAT EP (Amine catalyst manufactured by Tosoh Corporation) and 59 parts of Sunform IC-716 (Torylene diisocyanate, Sanyo Chemical Co., Ltd.) were mechanically stirred and foamed.
[0056]
A metal shaft having an outer diameter of 6.0 mm and a length of 240 mm is arranged from one side opening of a metal cylindrical type having an inner diameter of 16 mm and a length of 250 mm and whose surface is subjected to fluorine processing, and 8.0 g of the above foamed polyurethane raw material is foamed. Injected from machine.
[0057]
Next, the mold into which the foamed polyurethane raw material has been injected is cured in an oven at 80 ° C. for 20 minutes, and then demolded. The elasticity is composed of a urethane foam foam layer having an outer diameter of 12 mm and a total length of a foam part of 210 mm and a skin layer. A foam roller having a layer was obtained. The density of the foam layer was 0.12 g / cm 3 , and had a uniform density and hardness throughout.
[0058]
As shown in Table 1, a coating liquid composed of a urethane-based electron beam-curable resin composition containing 2 PHR of tetrabutylammonium borofluoride as an ionic conductive agent was applied to the outer peripheral surface of the roller body manufactured as described above to a thickness of 100 μm. After applying with a roll coater, the roller is rotated using a Min-EB device manufactured by Ushio Inc., while accelerating voltage is 30 kV, tube current is 300 μA, irradiation distance is 100 mm, atmosphere is 1 Torr, irradiation time is 1 minute. When irradiated with an electron beam under the conditions, the coating film was instantaneously cured to form an elastic resin coating layer. This coating liquid does not contain any solvent (organic solvent).
[0059]
The obtained roller had the characteristics shown in Table 1, and was suitable for a developing roller. The time required for forming the resin coating layer was 3 minutes in total.
[0060]
[Example 2]
A developing roller was manufactured in the same manner as in Example 1, except that 20 PHR of tin oxide powder was blended as a conductive agent. This roller also had the characteristics shown in Table 1 and was suitable for a developing roller.
[0061]
[Example 3]
A developing roller was manufactured in the same manner as in Example 1, except that 1 PHR of tetrabutylammonium borofluoride and 10 PHR of tin oxide powder were blended as the conductive agent. This roller also had the characteristics shown in Table 1 and was suitable for a developing roller.
[0062]
[Example 4]
A developing roller was manufactured in the same manner as in Example 1 except that 20 PHR of carbon black (Ketjen Black) was blended as a conductive agent. This roller also had the characteristics shown in Table 1 and was suitable for a developing roller.
[0063]
[Table 1]
[0064]
In Examples 1 and 4, UV irradiation was performed instead of electron beam irradiation, but the coating film was not cured.
[0065]
In Example 4, thermal curing (130 ° C.) was performed instead of electron beam irradiation. However, even if heat treatment was performed for 5 hours or more, the curing was not sufficiently performed, and damage to the elastic layer was large.
[0066]
【The invention's effect】
As described above, according to the developing roller of the present invention and the image forming apparatus using the same, it is possible to prevent the photosensitive drum from being contaminated by the unreacted resin, and to reliably obtain a high-quality image.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a developing roller.
FIG. 2 is a configuration diagram of an image forming apparatus.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 developing roller 2 shaft 3 semiconductive elastic layer 3a resin coating layer 6 toner
