JP2004191637A

JP2004191637A - トナー担持体及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2004191637A
Application number: JP2002359563A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sugimura; 考之杉村; Junji Sakata; 純二坂田; Mitsuharu Takagi; 光治高木
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】トナーダメージを抑制すると同時に、長期保存時や長期使用時等、画像不良が発生しやすいといわれる使用環境において、安定して良好な画像を得ることのできるトナー担持体、及び該トナー担持体を用いた画像形成装置を提供すること。
【解決手段】表面にトナーを担持して該トナーの薄膜を形成し、この状態で画像形成体に接触又は近接して、該画像形成体表面にトナーを供給することにより可視画像を形成するトナー担持体において、該担持体表面のユニバーサル硬度を測定するに際し、１００ｍＮ／ｍｍ²定荷重測定条件での該表面の変形回復挙動から得られる６０秒クリープ値が１０．０μｍ以下であるトナー担持体、及びこれを装着してなる画像形成装置である。トナー担持体１の弾性層３の表面に、紫外線硬化型樹脂又は電子線硬化型樹脂の被覆層３ａが設けられている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トナー担持体及びそれを用いた画像形成装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、複写機やプリンターなどの画像形成装置において、静電潜像を保持した感光体や紙等の画像形成体にトナーを供給して画像形成体表面に可視画像を形成するためのトナー担持体であって、画像むらのない高品質の画像を与え、かつ長期使用における特性変化が小さい耐久性に優れたトナー担持体、及びそれを用いた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複写機，プリンター等の電子写真方式の画像形成方法において、静電潜像を保持した感光体等の画像形成体に一成分系トナーを供給し、該トナーを潜像に付着させて可視化する画像形成方法として加圧現像法が知られている。この加圧現像法は、トナーを担持したトナー担持体を、静電潜像を保持した画像形成体（感光体等）に接触させて、トナーを該画像形成体の潜像に付着させることにより画像形成を行うものであり、このため、上記トナー担持体を導電性と弾性を有する導電性弾性体で形成する必要がある。また、潜像保持体と現像ローラとの間に微少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ような半導電性弾性ローラが用いられている。
【０００３】
加圧現像法を例にとると、例えば添付図２に示されるように、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画像形成体（感光体等）５との間に、トナー担持体（現像ローラ）１が配設され、該トナー担持体（現像ローラ）１、画像形成体（感光体等）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によりトナー担持体（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により均一な薄膜に整えられた状態でトナー担持体（現像ローラ）１が画像形成体（感光体等）５と接触しながら回転することにより、薄膜に形成されたトナーがトナー担持体（現像ローラ）１から画像形成体（感光体等）５の潜像に付着して、該潜像が可視化するように構成されている。
【０００４】
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おり、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。
【０００５】
このような加圧現像方式による画像形成装置においては、トナー担持体１は画像形成体５に密着した状態を保持しつつ回転しなければならず、このため、例えば、添付図１の概略断面図に示されるように、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、アクリロニトリルブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、ポリウレタンゴム等の弾性ゴムやフォーム等に導電剤を配合して導電性を付与した導電性弾性体からなる導電性弾性層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、画像形成体及び成層ブレードとの摩擦力制御のため、あるいは弾性体による画像形成体の汚染防止等のため、樹脂等からなる被覆層３ａが導電性弾性層３の表面に設けられている。
【０００６】
一方、紙やＯＨＰ用紙等の紙葉類からなる画像形成体に、トナー担持体上に担持させたトナーを孔状の制御電極を介して直接飛翔せしめて画像を形成する画像形成方法も提案されている。また、感光体に近接して非接触状態に配設されたスリーブ状のトナー担持体の表面に、薄層に成層した非磁性トナーを担持し、これを感光体上に飛翔させて現像を行い、画像を形成する方法も提案されている。上記２つの方法において、いずれもトナー担持体上に、トナーに対する帯電性や付着性の制御のため、あるいは感光体、成層ブレード、制御電極等の他の部材との摩擦力低減等のために、導電性弾性層の表面に樹脂等からなる被覆層が設けられている。本発明者らは、これまでにメラミン樹脂、フェノール樹脂、アルキッド樹脂、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂等の各樹脂を被覆層に使用するトナー担持体が、摩擦や画像特性を改良しうることを提案してきた。
【０００７】
しかしながら、近年、プリンター等の高速化、要求される画像微細性の向上、あるいはカラー画像化等により、画像形成性に対する要求が厳しくなり、従来のトナー担持体では対応できない種々の問題が顕在化してきた。特に、高速化に起因するトナーダメージの増加は、トナー担持体を長期使用した際のトナー帯電不良によるかぶり等の画像不良に繋がる重大な問題として捉えられている。また、トナー担持体の耐久性についても、トナーダメージに起因してフィルミングや溶融固着したトナー塊がトナー担持体あるいはトナー担持体への接触部品を研削し、摩耗させることによりトナー漏れを誘発させるなどの問題を生じる場合がある。
【０００８】
トナー担持体の摩耗によるトナー漏れの対策としては、トナーのフィルミングや溶融固着を防ぐことが抜本的解決案であるが、近年、省エネルギー嗜好から、トナーのガラス転移点を下方にシフトさせる設計傾向となっており、本課題の解決は益々困難となってきている。このような状況において、トナー担持体側からの対策として、トナー塊の発生要因を極力排除するような設計思想が重要と考えられる。
【０００９】
本出願人は、かかる事情に鑑みて、トナーダメージに起因したトナー塊によって発生するトナー担持体の研削を抑制し、トナー漏れ等の不良発生を防止し、長期保存時や長期使用時等、従来画像不良が発生しやすいといわれる使用環境において、安定して良好な画像を得ることのできるトナー担持体、及び該トナー担持体を用いた画像形成装置を特開２００２−４０８０１号公報にて提案している。
【００１０】
一般に、トナー担持体の摩耗は、トナー担持体とトナーカートリッジのシーラントとが圧接している部位にトナー塊が進入し、これがトナー担持体の動作中、常に研削を促すことにより発生する。これは、トナー担持体の静止中、圧接部で変形が起こっており、動作直後、シーラント間に残留変形に起因した微小間隙が発生するため、そこからトナーが進入し、圧接・摩擦によりトナー塊が発生する。
【００１１】
トナー担持体がある基準値以上の塑性変形挙動を示す場合、上記微小間隙の発生確率が高まり、トナー塊の圧接部進入を促進する。
【００１２】
そこで、弾性層と該弾性層の外側に直接あるいは他の層を介して形成された１層又は複数層からなる被覆層を有するトナー担持体において、該トナー担持体の表面物性を、ユニバーサル硬度を測定する際の定荷重測定条件での該表面の変形回復挙動測定で得られる特定クリープ値が特定範囲の値となるように調整することにより、トナー担持体−シーラント間へのトナー塊進入を抑制し、トナー担持体の摩耗及びそれに伴うトナー漏れを防止し、長期保存時や長期使用時等、従来画像不良が発生しやすいといわれる使用環境において、安定して良好な画像を得ることができる。
【００１３】
すなわち、ユニバーサル硬度測定は、四角錐あるいは三角錐形状の圧子を、所定の試験荷重をかけながら被測定物に押し込み、その押し込み深さから圧子が被測定物と接触している表面積を求め、求められた表面積と試験荷重からユニバーサル硬度を求めるものであるが、この際、定荷重測定条件で圧子を被測定物に押し込んだ後に、一定荷重環境を保持し、しかる後に圧子の荷重を徐々に減少させることにより、被測定物が塑性変形したことで生じた計測初期と計測終了時の圧子の位置差違を求めることができる。この差違を、例えば、定荷重１００ｍＮ／ｍｍ²、定荷重保持時間（クリープ時間）６０秒の場合、「１００ｍＮ／ｍｍ²定荷重測定条件での６０秒クリープ値」と呼称する。このクリープ値は、トナー担持体が上記変形回復挙動測定によって塑性変形したことによって生じたものであり、例えば、Ｆｉｓｃｈｅｒ（フィッシャー）社製超微小硬度計Ｈ−１００Ｖなどの市販の硬度測定装置を用いたユニバーサル硬度測定等で求められる当該値によって、トナー塊のトナー担持体−シーラント間への進入、ひいてはトナー担持体の摩耗発生の度合いを規格化しうる。
【００１４】
上記特開２００２−４０８０１号のトナー担持体及び画像形成装置は、かかる知見に基づいて創案されたものであり、表面にトナーを担持して該トナーの薄膜を形成し、この状態で画像形成体に接触又は近接して、該画像形成体表面にトナーを供給することにより可視画像を形成するトナー担持体において、該担持体表面のユニバーサル硬度を測定するに際し、１００ｍＮ／ｍｍ²定荷重測定条件での該表面の変形回復挙動から得られる６０秒クリープ値が１０．０μｍ以下であることを特徴とするトナー担持体、及びトナー担持体、及び表面にトナーの薄膜を形成してなる該トナー担持体に接触又は近接し該トナー担持体から供給されたトナーによる可視画像をその表面に形成してなる画像形成体を少なくとも有する画像形成装置において、上記トナー担持体として上記のトナー担持体を用いることを特徴とする画像形成装置である。
【００１５】
【特許文献１】
特開２００２−４０８０１号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の樹脂被覆層３ａ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。
【００１７】
本発明は、上記従来の問題点を解決し、長期保存した場合などにおいても安定して良好な画像を得ることができ、しかも製造に際し長いラインを必要としないトナー担持体と、このトナー担持体を備えた画像形成装置とを提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明のトナー担持体は、表面にトナーを担持して該トナーの薄膜を形成し、この状態で画像形成体に接触又は近接して、該画像形成体表面にトナーを供給することにより可視画像を形成するトナー担持体であって、シャフトと、該シャフトの外周に形成された弾性層と、該弾性層の外周面に形成された少なくとも１層の樹脂被覆層とを有するトナー担持体において、該樹脂被覆層は、紫外線硬化型樹脂又は電子線硬化型樹脂よりなり、該担持体表面のユニバーサル硬度を測定するに際し、１００ｍＮ／ｍｍ²定荷重測定条件での該表面の変形回復挙動から得られる６０秒クリープ値が１０．０μｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の画像形成装置は、トナー担持体として本発明のトナー担持体を採用したものである。
【００２０】
かかる本発明のトナー担持体及び画像形成装置にあっては、上記特開２００２−４０８０１号と同様に、トナー担持体とシーラントとの間へのトナー塊の進入が抑制され、安定した画像を得ることができる。また、樹脂被覆層を紫外線硬化型樹脂又は電子線硬化型樹脂にて形成するので、被覆層の成膜時間が著しく短いものとなる。
【００２１】
【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。本発明のトナー担持体は、シャフトと、該シャフトの外周に形成された弾性層と、この弾性層の外周面に形成された少なくとも１層の樹脂被覆層とを有する。このトナー担持体は、トナー担持体表面のユニバーサル硬度を測定する際に求められる１００ｍＮ／ｍｍ²定荷重測定条件での６０秒クリープ値を最適化することにより、トナー担持体の塑性変形を抑制して、トナー塊のトナー担持体−シーラント間への進入を抑制し、トナー漏れの防止を実現している。
【００２２】
上記ユニバーサル硬度は、圧子を、荷重をかけながら測定対象物に押し込むことにより求められる物性値であり、
（試験荷重）／（試験荷重下での圧子の表面積）
として求められ、単位はＮ／ｍｍ²で表される。このユニバーサル硬度の測定は、例えば、Ｆｉｓｃｈｅｒ（フィッシャー）社製超微小硬度計Ｈ−１００Ｖなどの市販の硬度測定装置を用いて行うことができる。この測定装置では、四角錘あるいは三角錘形状の圧子を、試験荷重をかけながら被測定物に押し込み、所定の押し込み深さに達した時点でその押し込み深さから圧子が接触している表面積を求め、上記式よりユニバーサル硬度を求めるものである。
【００２３】
このようなユニバーサル硬度の測定を行う際に、所定の荷重まで徐々に圧子の押し込み荷重を増加させて圧子を被測定物に押し込んだ後、一定荷重環境を保持し、しかる後に圧子の荷重を減少させることにより、被測定物表面の変形に残差（クリープ値）を求めることができる。即ち、仮に被測定物が完全弾性体であれば、荷重を増加させて圧子を被測定物表面に押し込んだ後、圧子の荷重を減少させて取り除くと、被測定物表面は元の状態に回復するので、圧子は元の位置、即ち押し込み深さ０の位置まで戻ることになる。逆に被測定物が完全塑性体であれば、同様に圧子を押し込んだ後に荷重を取り除いても、被測定物表面は圧子を押し込んだ状態のままとなり、圧子は元の位置に戻ることはない。このことを利用して測定開始時と終了時の位置の差違から被測定物の塑性変形量を任意の測定条件下という規格化した状況下で求めることができる。
【００２４】
本発明のトナー担持体では、上記ユニバーサル硬度測定における１００ｍＮ／ｍｍ²定荷重測定条件での該担持体表面の変形回復挙動測定で得られる６０秒クリープ値を１０．０μｍ以下、例えば０．１〜１０．０μｍ、好ましくは８．５μｍ以下となるようにトナー担持体の表面を調整するものである。なお、このクリープ値を測定する際の条件としては、最大荷重、最大荷重時クリープ時間以外特に限定されるものではなく、圧子の形状や測定装置等に応じて適宜設定することができる。最大荷重を変えた場合でも上記クリープ値の規定値を適宜修正すれば同様に評価基準として適用可能である。現在一般に用いられているトナーバインダー種（スチレン−アクリル共重合樹脂ないしポリエステル樹脂）を対象とした場合、前述の条件で規格化することが可能であり、例えば、上記Ｆｉｓｃｈｅｒ（フィッシャー）社製超微小硬度計Ｈ−１００Ｖを用いて測定する場合には、下記の条件を例示することができる。すなわち、下記条件で圧子をトナー担持体に押し込んでいき、所定の荷重を６０秒程度保持した後に荷重を除去し、コンピュータにより上記クリープ値を算出することができる。
【００２５】
測定条件例は、
圧子：対面角度１３６度の四角錘型ダイヤモンド
圧子初期荷重：０．０２ｍＮ／ｍｍ²
最大荷重：１００ｍＮ／ｍｍ²
荷重印加速度：１００／６０ｍＮ／ｍｍ²／ｓｅｃ
最大荷重時クリープ時間：６０ｓｅｃ
である。
【００２６】
本発明のトナー担持体では、樹脂被覆層単体は、１０ｍＮ／ｍｍ²定荷重測定条件での該表面の変形回復挙動から得られる６０秒クリープ値が１０．０μｍ以下、例えば０．１〜１０．０μｍであることが好ましい。なお、樹脂被覆層単体とは、樹脂被覆層形成用の塗工液を金属板に塗布して紫外線又は電子線を照射して硬化させて得たフィルムである。
【００２７】
本発明のトナー担持体は、ユニバーサル硬度測定における１００ｍＮ／ｍｍ²定荷重測定条件での該表面の変形回復挙動測定で得られる６０秒クリープ値が上記特定範囲の値を満足するものであればよく、その構造や形状に制限はないが、通常は図１に示すように、良導電性シャフト２の外側に導電性を有する導電性弾性層３、更にその表面に被覆層３ａを形成したものである。上記シャフト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うるが、通常は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性円筒体等の金属製シャフトが用いられる。
【００２８】
導電性弾性層３としては、エラストマー単体又はそれを発泡させたフォーム体に導電剤を添加して導電性を付与した弾性体が用いられる。ここで使用し得るエラストマーには、特に制限はなく、ニトリルゴム、エチレン−プロピレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、天然ゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エピクロルヒドリンゴム等が例示され、これらを単独であるいは２種以上組み合わせて用いることができる。本発明においては、これらのうち、エチレン−プロピレンゴム、ブタジエンゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴムが好ましく用いられる。また、これらと他のゴム材料との混合物もまた好ましく用いられる。特に、本発明においては、ウレタン結合を有する樹脂が好ましく用いられる。
【００２９】
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。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、いわゆる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。
【００３０】
この導電性弾性層に添加される導電剤としては、イオン導電剤及び電子導電剤がある。イオン導電剤としては、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、ラウリルトリメチルアンモニウム、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、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、ホウフッ化水素酸塩、硫酸塩、エチル硫酸塩、カルボン酸塩、スルフォン酸塩等のアンモニウム塩；リチウム、ナトリウム、カルシウム、マグネシウム等のアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の過塩素酸塩、塩素酸塩、塩酸塩、臭素酸塩、ヨウ素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、トリフルオロメチル硫酸塩、スルフォン酸塩等が例示される。
【００３１】
また、電子導電剤としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等の導電性カーボン；ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦ、ＳＲＦ、ＦＴ、ＭＴ等のゴム用カーボン；酸化処理を施したインク用カーボン；熱分解カーボン、グラファイト；酸化錫、酸化チタン、酸化亜鉛等の導電性金属酸化物；ニッケル、銅等の金属等を例示することができる。
【００３２】
これらの導電剤は、単独でもまた２種以上組み合わせて用いることもできる。また、その配合量は特に制限されるものではないが、イオン導電剤の場合はゴム成分１００重量部に対して０．０１〜５重量部、更に０．０５〜２重量部とすることが好ましく、電子導電剤の場合は、ゴム成分１００重量部に対して１〜５０重量部、更に５〜４０重量部とすることが好ましい。
【００３３】
本発明においては、導電性弾性層の体積抵抗率を１×１０³〜１×１０¹⁰Ω・ｃｍ、好ましくは１×１０⁴〜１×１０⁸Ω・ｃｍとなるように調整する。
【００３４】
トナー担持体は、画像形成体や成層ブレード等と当接して使用されることから、弾性層３は圧縮永久歪みが小さいことが好ましく、具体的には、２０％以下、更に１０％以下であることが好ましい。ゴム材料としてポリウレタンゴムを用いることは、圧縮永久歪みを小さく設計できることから好ましい。
【００３５】
この導電性弾性層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。
【００３６】
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。
【００３７】
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８５度以下、特に３５〜８５度とりわけ４０〜７０度とすることが好ましい。この場合、硬度が８５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。
【００３８】
この導電性弾性層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。
【００３９】
本発明においては、上記導電性弾性層３の表面粗さは、ＪＩＳ１０点平均粗さで１〜２０μｍＲｚ、更に１．５〜１８μｍＲｚとすることが好ましい。平均粗さが２０μｍＲｚを超えると、トナー担持体の被覆層を厚く形成する必要があるためトナー担持体表面が硬くなり、その結果、トナーにダメージを与えて画像形成体や成層ブレードへのトナー固着等が発生し画像不良を引き起すことがある。一方、平均粗さが１μｍＲｚより小さい場合は、被覆層を形成したときにトナー担持体の表面の平均粗さが小さくなりすぎ、トナー担持量が少なくなることから画像濃度が低下する恐れがある。本発明においては、上記表面粗さは、表面粗さ計「サーフコム５９０Ａ」（東京精密社製）を用いて、軸方向に対して直交した向きに測定長さ２．４ｍｍ、測定速さ０．３ｍｍ／ｓｅｃ、カットオフ波長０．８ｍｍでローラのシャフト方向及び円周方向で偏りがないように３００箇所以上測定して求めた値である。
【００４０】
本発明のトナー担持体においては、トナーに対する帯電性や付着性の制御のため、画像形成体及び成層ブレード等との摩擦力低減のため、あるいは弾性体による画像形成体の汚染防止のため、上記導電性弾性層の表面に紫外線硬化型樹脂又は電子線硬化型樹脂からなる被覆層３ａを設ける。
【００４１】
この樹脂被覆層３ａは、ガラス転移点１０℃以下、特に−５〜０℃の樹脂を含有する樹脂材料で形成することが好ましい。ガラス転移点が１０℃を超える樹脂を用いる場合は、使用環境温度によって、被覆層の物理的特性が大きく変動し、トナーの搬送量及び帯電量がばらついてしまう恐れがあり、また、被覆層が脆くなり導電性弾性層の変形に追従することができず、被覆層が割れやすくなるなど問題がある。
【００４２】
樹脂被覆層３ａは、その動的弾性率Ｅ’が１０⁷〜１０^9.8ｄｙｎ／ｃｍ²、更に１０⁸〜１０^9.6ｄｙｎ／ｃｍ²であることが好ましく、また損失正接ｔａｎδが０．７以下、更に０．０５〜０．５であることが好ましい。ここで損失正接とは、試料に応力を加えた際の動的弾性率Ｅ’に対する動的損失Ｅ''の比を表すものである。
【００４３】
樹脂被覆層３ａとしては、溶剤（アセトン等の良溶媒）に対する不溶分が７０重量％以上のものが好ましく用いられる。溶剤不溶分が７０重量％を下回ると、長期放置により画像形成体や成層ブレード等トナー担持体と接触している他の部材の圧接部に、単分子量分の移行が生じ、画像に黒横線等の不具合が発生する恐れがある。このような点から、上記溶剤不溶分は８０重量％以上であることが特に好ましい。
【００４４】
この樹脂被覆層３ａを形成する紫外線硬化型樹脂又は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。
【００４５】
紫外線硬化型樹脂又は電子線硬化型樹脂としては、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）アクリレート系樹脂組成物が好適である。
【００４６】
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、シリコーン系のアクリルオリゴマーなどを挙げることができる。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
樹脂被覆層３ａを成膜するための樹脂組成物には、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。
【００５２】
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。樹脂被覆層を形成するための樹脂が紫外線硬化型樹脂である場合、樹脂に配合する導電剤はイオン導電剤又は透明導電剤であることが好ましい。
【００５３】
イオン導電剤の配合量は樹脂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１〜１０重量部であることが好ましい。
【００５４】
透明導電剤としては、ＩＴＯ、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛などの金属酸化物の微粒子；ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属の酸化物；導電性酸化チタンウィスカー、導電性チタン酸バリウムウィスカー等の導電性ウィスカー；などが例示される。この透明導電剤の配合量は、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１０〜５０重量部が好適である。
【００５５】
樹脂被覆層を形成するための樹脂が電子線硬化型樹脂の場合には、導電剤としてカーボンブラックを配合してもよく、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。
【００５６】
樹脂被覆層の樹脂が紫外線硬化型樹脂の場合、重合開始剤を含有することが好ましい。紫外線重合開始剤としては、公知のものを使用することができ、例えば、４−ジメチルアミノ安息香酸、４−ジメチルアミノ安息香酸エステル、２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン、アセトフェノンジエチルケタール、アルコキシアセトフェノン、ベンジルジメチルケタール、ベンゾフェノンおよび３，３−ジメチル−４−メトキシベンゾフェノン、４，４−ジメトキシベンゾフェノン、４，４−ジアミノベンゾフェノン等のベンゾフェノン誘導体、ベンゾイル安息香酸アルキル、ビス（４−ジアルキルアミノフェニル）ケトン、ベンジルおよびベンジルメチルケタール等のベンジル誘導体、ベンゾインおよびベンゾインイソブチルエーテル等のベンゾイン誘導体、ベンゾインイソプロピルエーテル、２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオフェノン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、キサントン、チオキサントンおよびチオキサントン誘導体、フルオレン、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、ビス（２，６−ジメトキシベンゾイル）−２，４，４−トリメチルペンチルホスフィンオキシド、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）−フェニルホスフィンオキシド、２−メチル−１−［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルホリノプロパン−１，２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（モルホリノフェニル）−ブタノン−１等が挙げられる。これらは１種を単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００５７】
なお、かかる紫外線重合開始剤の配合量は、（メタ）アクリレートオリゴマー１００重量部当たり０．１〜１０重量部が好ましい。
【００５８】
樹脂が電子線硬化型樹脂の場合、重合開始剤は配合されなくてもよい。
【００５９】
本発明においては、上記成分以外に、必要に応じて、上記の光重合開始剤による光重合反応を促進するためにトリエチルアミン、トリエタノールアミン等の第３級アミン、トリフェニルホスフィン等のアルキルホスフィン系光重合促進剤、ｐ−チオジグリコール等のチオエーテル系光重合促進剤などを添加してもよい。これらの化合物の添加量は、通常（メタ）アクリレートオリゴマー１００重量部当たり０．０１〜１０重量部の範囲が好ましい。
【００６０】
なお、この樹脂被覆層３ａ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。
【００６１】
この樹脂被覆層３ａを導電性弾性層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、紫外線又は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。
【００６２】
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、ディッピング法などにより行うことができる。
【００６３】
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、耐久時の摩擦により十分に表面層の帯電性能が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、トナーにダメッ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。
【００６４】
本発明のトナー担持体は、上記樹脂被覆層の少なくとも最外層の体積抵抗率を１×１０^４〜１×１０^１４Ω・ｃｍとすることが好ましい。
【００６５】
本発明のトナー担持体は、電気抵抗を１×１０^３〜１×１０^１０Ω特に１×１０^４〜１×１０^８Ωとすることが好ましい。この場合抵抗値が１×１０^３Ω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１×１０^１０Ω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。
【００６６】
このように、トナー担持体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。
【００６７】
本発明のトナー担持体は、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、本発明のトナー担持体（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。
【００６８】
【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、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００６９】
［実施例１］
分子量５０００のポリエーテルポリオール（ＯＨ価：３３）１００部（重量部、以下同じ）に、１，４−ブタンジオール１．０部、ニッケルアセチルアセトネート０．５部、ジブチルチンジラウレート０．０１部及びアセチレンブラック２．０部を添加し、混合機を用いて混合してポリオール組成物を調製した。このポリオール組成物を減圧下攪拌して脱泡した後、ウレタン変性ＭＤＩを１７．５部加えて２分間攪拌し、次いでシャフトを配置し、予め１１０℃に加熱した金型に注型し、１１０℃で２時間硬化させて金属シャフトの外周に導電性弾性体を形成してローラ本体を得た。得られたローラの外径は１２ｍｍ、弾性層部分の全長は２１０ｍｍである。
【００７０】
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過塩素酸ナトリウムを２ＰＨＲ配合したウレタンアクリレート系紫外線硬化型樹脂組成物よりなる塗工液を厚み３０μｍになるように、ロールコータで塗布した後、ウシオ電機（株）製ユニキュアＵＶＨ−０２５２Ｃ装置を用いてローラを回転させながら、照度４００ｍＷ，積算光量１０００ｍＪ／ｃｍ^２で紫外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。
【００７１】
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。
【００７２】
表１のＲｚは、トナー担持体のＪＩＳ１０点平均粗さである。
【００７３】
また、ローラの６０秒クリープ値は、Ｆｉｓｃｈｅｒ社製超微小硬度計Ｈ−１００Ｖを用い、下記の測定条件により荷重を印加、除去して１００ｍＮ／ｍｍ²定荷重測定条件での６０秒クリープ値である。
【００７４】
圧子：対面角度１３６°の四角錘型ダイヤモンド
圧子初期荷重：０．０２ｍＮ／ｍｍ²
最大荷重：１００ｍＮ／ｍｍ²
荷重印加速度：１００／６０ｍＮ／ｍｍ²／ｓｅｃ
最大荷重時クリープ時間：６０ｓｅｃ
【００７５】
即ち、圧子に対し１００／６０ｍＮ／ｍｍ²の荷重印加速度にて荷重を増加させながら印加し、６０秒後に荷重が１００ｍＮ／ｍｍ²に達した後、荷重をこの１００ｍＮ／ｍｍ²に保ったまま６０秒間保持し、この定荷重下での６０秒間における圧子の押し込み深さがローラの６０秒クリープ値である。
【００７６】
なお、樹脂被覆層単体を製造し、そのクリープ特性を測定した結果を表１に『塗膜単体のクリープ値』として示した。
【００７７】
この樹脂被覆層単体は、上記樹脂被覆層を形成するための樹脂組成物（塗工液）を銅板上に５０μｍ厚にて塗布し、同様に紫外線照射して硬化させたフィルムである。
【００７８】
このフィルム（銅板に付着したままのフィルム）について、Ｆｉｓｃｈｅｒ社製超微小硬度計Ｈ−１００Ｖ（圧子は対面角度１３６°の四角錘型ダイヤモンド）を用い、荷重印加速度：１０／３０ｍＮ／ｍｍ²／ｓｅｃにて３０秒間荷重を増加させながら印加し、３０秒後に荷重が１０ｍＮ／ｍｍ²に達した後、荷重をこの１０ｍＮ／ｍｍ²に保ったまま６０秒間保持し、この定荷重下での６０秒間における圧子の押し込み深さ（μｍ）が『塗膜単体のクリープ値』である。
【００７９】
画像評価は、該トナー担持体を現像ローラとして、図２に示した現像ユニットにおいて、現像バイアス−４００Ｖ、ブレードバイアス−６００Ｖとし、平均粒径７μｍの負帯電性非磁性一成分トナーを用い、線速６０ｍｍ／ｓｅｃの周速で回転させながら、反転現像で画像出しを行い、白地、ハーフトーン、黒地画像における初期画像について、計５枚を評価して行った。
【００８０】
１ヶ月放置ブレード圧接痕は、現像ローラに成層ブレードを押し付けて１ヶ月間放置した後に、圧接痕の有無の観察結果である。
【００８１】
［実施例２］
硬化後のクリープ値が実施例１よりも高いウレタンアクリレートを用いて塗膜を成膜すると共に塗膜厚みを１０μｍと実施例１よりも小さくしたこと以外は実施例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。
【００８２】
［実施例３］
弾性層を発泡ＲＩＭウレタンとしたほかは実施例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。
【００８３】
なお、ローラ本体の製造方法は次の通りである。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製泡剤）１部、ＴＯＹＯＣＡＴＮＰ（東ソー株式会社製アミン触媒）２．８部、ＴＯＹＯＣＡＴＥＰ（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（三洋化成工業株式会社製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。
【００８４】
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をＲＩＭ成形用発泡機から注入した。
【００８５】
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、弾性層部分の全長が２１０ｍｍの弾性層を有するローラ本体を得た。
【００８６】
［実施例４］
導電剤としてカーボンブラックを２０ＰＨＲ配合すると共に、電子線照射により硬化を行ったこと以外は実施例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。なお、電子線照射装置はウシオ電機（株）製Ｍｉｎ−ＥＢであり、加速電圧３０ｋＶ、管電流３００μＡ、照射距離１００ｍｍ、雰囲気１Ｔｏｒｒとした。
【００８７】
［比較例１］
紫外線硬化型樹脂として硬化後のクリープが小さいウレタンアクリレート系のものを用いたこと以外は実施例１と同様にして現像ローラを製作した。この場合、表２の通り、画像品位が実施例よりも低い。また、ローラにブレード圧接痕が若干生じた。
【００８８】
［比較例２］
電子線硬化型樹脂として硬化後のクリープが小さいウレタンアクリレート系のものを用いたこと以外は実施例４と同様にして現像ローラを製作した。この場合、表２の通り、画像品位が実施例よりも低い。また、ブレード圧接痕も生じる。
【００８９】
［比較例３］
弾性層をクリープ値の大きいＥＰＤＭ製とし、膜厚を３０μｍとしたこと以外は実施例２と同様にして現像ローラを製作した。この場合、表２の通り、画像品位が実施例よりも少し低い。また、ブレード圧接痕も若干生じた。
【００９０】
【表１】

【００９１】
【表２】

【００９２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明のトナー担持体は、トナー担持体の塑性変形量を、ユニバーサル硬度測定における該担持体表面の１００Ｎ／ｍｍ²定荷重測定条件での６０秒クリープ値で最適化することによって、ダメージトナーに起因するトナー塊によって発生するトナー担持体の研削を抑制し、トナー漏れ等の不良発生を防止し、長期保存時、長期使用時等、従来画像不良が発生しやすいといわれる使用環境において、安定して良好な画像を得ることができるものであって、各種画像形成装置のトナー担持体として好適に用いられる。また、本発明のトナー担持体は、その製造に際し長いラインが不要である。
【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トナー担持体（現像ローラ）
２シャフト
３導電性弾性層
３ａ樹脂被覆層
６トナー

Claims

表面にトナーを担持して該トナーの薄膜を形成し、この状態で画像形成体に接触又は近接して、該画像形成体表面にトナーを供給することにより可視画像を形成するトナー担持体であって、
シャフトと、該シャフトの外周に形成された弾性層と、該弾性層の外周面に形成された少なくとも１層の樹脂被覆層とを有するトナー担持体において、
該樹脂被覆層は、紫外線硬化型樹脂又は電子線硬化型樹脂よりなり、
該担持体表面のユニバーサル硬度を測定するに際し、１００ｍＮ／ｍｍ²定荷重測定条件での該表面の変形回復挙動から得られる６０秒クリープ値が１０．０μｍ以下であることを特徴とするトナー担持体。
請求項１において、該樹脂被覆層単体は、１０ｍＮ／ｍｍ²定荷重測定条件での該表面の変形回復挙動から得られる６０秒クリープ値が１０．０μｍ以下であることを特徴とするトナー担持体。
請求項１又は２において、弾性層が、エチレン−プロピレンゴム、ブタジエンゴム、シリコーンゴム、又はウレタンゴムあるいはこれらと他のゴム材料との混合物を含有することを特徴とするトナー担持体。
請求項１又は２において、該弾性層が、ウレタン結合を有する樹脂を含有することを特徴とするトナー担持体。
請求項１ないし４のいずれか１項において、該樹脂被覆層が、１０℃以下のガラス転移点を有する樹脂からなることを特徴とするトナー担持体。
請求項１ないし５のいずれか１項において、該樹脂被覆層の動的弾性率Ｅ’が１０⁷〜１０^9.8ｄｙｎ／ｃｍ²であり、かつ損失正接ｔａｎδが０．７以下であることを特徴とするトナー担持体。
請求項１ないし６のいずれか１項において、該樹脂被覆層が、無溶剤の塗工液を塗布し、紫外線又は電子線を照射して硬化させることにより形成されたものであることを特徴とするトナー担持体。
請求項１ないし７のいずれか１項において、該樹脂被覆層の少なくとも最外層が、１×１０⁴〜１×１０¹⁴Ω・ｃｍの体積抵抗率を有することを特徴とするトナー担持体。
請求項１ないし８のいずれか１項において、該樹脂被覆層の少なくとも１層が、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、アルキッド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、アクリル変性シリコーン樹脂、スチレン−ブタジエン樹脂、これらの混合物あるいはこれらと他の樹脂との混合物を含有することを特徴とするトナー担持体。
請求項１ないし９のいずれか１項において、該樹脂被覆層の厚さが１〜５００μｍであることを特徴とするトナー担持体。
請求項１ないし１０のいずれか１項において、表面におけるアスカーＣ硬度が３５〜８５度であることを特徴とするトナー担持体。
トナー担持体を有する画像形成装置において、該トナー担持体として請求項１〜１１のいずれかに記載のトナー担持体を用いたことを特徴とする画像形成装置。