JP2004198710A - 現像ローラ及びそれを有する現像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】芯軸1、弾性層2及び表面層3を順次有する現像ローラ10において、該表面層3が、分子中にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂と、1種以上のアミノ樹脂と、の架橋反応生成物で構成されていると共に、その表面層3の摩耗係数が、1.5×10-3mm/g以下であるものとする。前記表面層3の動摩擦係数は、好ましくは、0.7以下である。前記ポリウレタン樹脂の100%モジュラスは、好ましくは、25MPa以下であり、また、前記ポリウレタン樹脂の伸び率は、好ましくは、300%以上である。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真装置において用いられる現像ローラに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真装置、特に、小型の電子写真装置の分野においては、メンテナンスの簡素化が進められており、非磁性1成分トナーを使用して現像するタイプの現像装置、例えば、感光体表面、感光紙、記録紙等の画像担持体上に形成された静電潜像を1成分トナーを使用して現像するタイプの現像装置が実用化されている。図5は、このような従来の現像装置の概略説明図である。
【0003】
図5に示すように、従来の現像装置120においては、現像ローラ110、芯軸の周囲に弾性層を形成してなる補給ローラ111、及び、トナー攪拌部材112は、ケース113の側板に軸支されている。トナー117は、トナー攪拌部材112及び補給ローラ111を介して現像ローラ110の表面に供給される。現像ローラ110上に供給されたトナー117は、さらに、トナー層規制部材114によって所定量に薄層化され、回転する現像ローラ110によって感光体115に搬送される。現像ローラ110は、感光体115に接触し、電極を介して感光体115の帯電電位と光書き込み後(露光後)の残留電位の中間のバイアス電圧がバイアス電源116によって印加されている。現像ローラ110上のトナー117は、感光体115との接触部に搬送され、そこで、感光体電位と現像バイアスによる現像電界に応じて帯電したトナー117は、感光体115に付着し静電潜像が可視像化される。
【0004】
かかる現像ローラ110によれば、その表面に薄層化させたトナーを担持させ、これを静電潜像の形成された感光体ドラム115に当接させると、トナーが感光体ドラム115に現像電界に応じて移行するので、感光体ドラム115に形成された静電潜像が可視像化される。このような現像ローラ110においては、トナー117と現像ローラ110の表面との接触による摩擦帯電によってトナーの帯電の極性及び帯電量を制御する必要がある。トナーの感光体ドラム115への移動は、トナーの帯電の極性及び現像電界に応じて、静電潜像の画像部及び非画像部(地肌部)を選択することにより行われる。この装置によれば、トナーに磁性材料を使うことなく、カラー化が容易であるという利点がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の画像担持体上に形成された静電潜像を1成分トナーを使用して現像するタイプの現像装置120においては、現像ローラ110の表面の樹脂被覆層上にトナー層規制部材114及び補給ローラ111を当接させる必要があるが、それらの当接させた部分におけるトナーへのストレスにより、現像ローラ110の表面の樹脂被覆層に、トナーの固着が発生したり、亀裂が発生したり、また、削れによるスジ等の傷が発生するという問題があった。特に、現像ローラではバイアス電源を印加するためにその樹脂被覆層に電気抵抗制御剤を含有させる必要があるが、電気抵抗制御剤を樹脂被覆層に含有させると、樹脂被覆層に亀裂を発生させる現象を加速させるという問題があった。
【0006】
そこで、従来の現像装置においては、数k〜十数kプリントできるカートリッジ形態がとられているが、近年は、環境問題からカートリッジのリサイクルを進める必要にせまられており、そのために、一枚当たりのランニングコストを押し上げるという問題があった。
【0007】
本発明は、かかる問題を解決することを目的としている。
即ち、本発明は、現像ローラの表面層に、トナーの固着が発生すること、亀裂が発生すること、及び、削れによるスジ等の傷が発生することを防止すると共に、表面層の摩耗による弾性層の露出を防止した長寿命の現像ローラ並びにそれを有する現像装置を低コストで提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、芯軸、弾性層及び表面層を順次有する現像ローラにおいて、該表面層を、分子中にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂と、1種以上のアミノ樹脂と、の架橋反応生成物で構成すると共に、その表面層の摩耗係数を1.5×10-3mm/g以下とすることにより、現像ローラの表面層に、トナーの固着が発生すること、亀裂が発生すること、及び、削れによるスジ等の傷が発生することを防止すると共に、表面層の摩耗による弾性層の露出を防止した長寿命の現像ローラ並びにそれを有する現像装置を低コストで提供できることを見出して本発明を完成するに至った。
【0009】
即ち、請求項1に記載された発明は、芯軸、弾性層及び表面層を順次有する現像ローラにおいて、該表面層が、分子中にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂と、1種以上のアミノ樹脂と、の架橋反応生成物で構成されていると共に、その表面層の摩耗係数が、1.5×10-3mm/g以下であることを特徴とする現像ローラである。
【0010】
請求項2に記載された発明は、請求項1に記載された発明において、前記表面層の動摩擦係数が、0.7以下であることを特徴とするものである。
【0011】
請求項3に記載された発明は、請求項1又は2に記載された発明において、前記ポリウレタン樹脂の100%モジュラスが、25MPa以下であることを特徴とするものである。
【0012】
請求項4に記載された発明は、請求項1〜3のいずれかに記載された発明において、前記ポリウレタン樹脂の伸び率が、300%以上であることを特徴とするものである。
【0013】
請求項5に記載された発明は、請求項1〜4のいずれかに記載された発明において、前記表面層が、分子中にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂と1種以上のアミノ樹脂とを水中に乳化分散して得たポリウレタン樹脂組成物のLVLP方式による噴霧塗布によって形成された塗膜で構成されていることを特徴とするものである。
【0014】
請求項6に記載された発明は、請求項5に記載された発明において、前記ポリウレタン樹脂組成物が、前記アミノ樹脂を前記ポリウレタン樹脂に対して3重量%以上の割合で含有していることを特徴とするものである。
【0015】
請求項7に記載された発明は、請求項5又は6に記載された発明において、前記ポリウレタン樹脂組成物が、カーボンブラックを前記ポリウレタン樹脂に対して25重量%以上の割合で含有していることを特徴とするものである。
【0016】
請求項8に記載された発明は、現像ローラと、該現像ローラと平行に配置してこれにトナーを供給するマグネットローラよりなるトナー供給ローラと、該トナー供給ローラ上に付着したトナーを規制して薄層を形成するトナー規制部材と、を有する現像装置において、該現像ローラとして、前記請求項1〜7のいずれかに記載の現像ローラを有することを特徴とする現像装置である。
【0017】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施の形態を示す現像ローラの断面図である。図2は、本発明の一実施の形態を示す現像ローラを有する現像装置の概略説明図である。図3は、現像ローラの摩耗試験方法を説明するための説明図である。図4は、キズ幅(mm)と荷重(g)との関係を示すグラフである。
【0018】
図1において、10は現像ローラである。現像ローラ10は、金属からなる芯軸1の周囲にゴム又はエラストマーからなる弾性層2を有している。弾性層2は、例えば、ポリウレタン、EPDM、天然ゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、NBR、エピクロルヒドリンゴム、ポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、シリコーンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、及び、これらの混合物で構成される。これらのゴム又はエラストマーには、架橋して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。その際、加硫助剤、加硫促進剤、加硫遅延剤等を併用することができる。また、これらのゴム又はエラストマーには、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、着色剤等の配合剤を弾性層2の特性を損なわない範囲で添加することができる。
【0019】
このような現像ローラ10においては、電気特性、特に、電気抵抗が重要であるので、電気抵抗を調整するために、種々の導電性付与材料を弾性層を構成するゴム又はエラストマーに添加する。前記導電性付与材料には、粉体として、例えば、ケッチェンブラックEC、アセチレンブラック等の導電性カーボン、SAF、ISAF、HAF、FEF、GPF、SRF、FT、MT等のゴム用カーボン、酸化処理等を施したカラー用カーボン、熱分解カーボン、インジウムドープ酸化スズ(ITO)、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛、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がある。また、前記導電性付与材料には、イオン導電性物質として、例えば、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸リチウム、過塩素酸カルシウム、塩化リチウム等の無機イオン性導電物質、変性脂肪酸ジメチルアンモニウムエトサルファート、ステアリン酸アンモニウムアセテート、ラウリルアンモニウムアセテート、オクタデシルトリメチルアンモニウム過塩素酸塩等の有機イオン性導電性物質がある。
【0020】
前記弾性層2の体積抵抗値は、103 〜109 Ω・cmとすることが望ましい。体積抵抗値が103 Ω・cm未満では、材料の加工性を著しく損ねると共に硬度アップを招く。一方、109 Ω・cmを越えると、表面層をコーティングしたローラ全体としての抵抗を目的の抵抗にすることが難しくなる。
【0021】
前記弾性層2の硬度は、特に制限されるものではないが、現像ローラ10が感光体と接触する場合には、JIS−Aスケールで60°以下であり、好ましくは、25°〜50°である。硬度が高すぎる場合、感光体がドラムの場合は、ニップ幅が小さくなるために、良好な現像が行えなくなる可能性がある。逆に硬度が低くなりすぎると、圧縮永久歪みが大きくなり、現像ローラ10に変形や偏芯が生じた場合、濃度ムラが発生する。また、低硬度側は、材料の固有の物性に大きく左右されるので、使用できる材料が限定される。弾性層2の硬度を低硬度にする場合でも、圧縮永久歪みは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。
【0022】
本発明においては、現像ローラ10は、弾性層2の外周面に表面層3を有している。表面層3は、分子中にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂と、1種以上のアミノ樹脂と、の架橋反応生成物で構成されており、また、その表面層3の摩耗係数は、1.5×10-3mm/g以下である。
【0023】
前記「分子中にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂」は、主鎖又は側鎖にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂であって、水性ウレタン樹脂として斯界でよく知られたものである。この水性ウレタン樹脂は、水中で乳化重合された分子量十数万の樹脂であり、分子中にカルボン酸を有し、アルカリ(アミン)で中和して水中に分散されている。
【0024】
前記「アミノ樹脂」は、例えば、メラミン樹脂、グアナミン樹脂、及び、グアナミン誘導体であり、好ましくは、メチル化メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、アセトグアナミン樹脂であるが、本発明の目的に反しない限り、ここに挙げた以外のアミノ樹脂であってもかまわない。
【0025】
本発明によれば、該表面層3が、分子中にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂と、1種以上のアミノ樹脂と、の架橋反応生成物で構成されていると共に、その表面層3の摩耗係数が、1.5×10-3mm/g以下であるので、現像ローラ10の表面層3に、トナーの固着が発生すること、亀裂が発生すること、及び、削れによるスジ等の傷が発生することを防止すると共に、表面層3の摩耗による弾性層2の露出を防止した長寿命(例えば、機械寿命同等の1200kプリント程度)の現像ローラ10を低コストで提供することができる。
【0026】
本発明のおいては、表面層3の動摩擦係数は、0.7以下である。このように、表面層3の動摩擦係数が0.7以下であると、現像ローラ10と接触する部材間における摺動性が良好となるので、耐摩耗性が向上し、そのために、高寿命の現像ローラとすることができる。
【0027】
本発明においては、表面層3を構成するポリウレタン樹脂の100%モジュラスは、25MPa以下である。このように、表面層3を構成するポリウレタン樹脂の100%モジュラスが25MPa以下であると、カーボンブラックを多量に添加しても物性を大きく損ねることがなく、且つ、弾性層2への追従性が良好となるので、他の部材と接触して機械的ストレスを受けても、表面層3が変形し、そのために、表面層3が磨耗しにくいものとなる。
【0028】
本発明においては、表面層3を構成するポリウレタン樹脂の伸び率は、300%以上である。このように、表面層3を構成するポリウレタン樹脂の伸び率が300%以上であると、カーボンブラックを多量に添加しても物性を大きく損ねることがなく、且つ、弾性層2への追従性が良好となるので、他の部材と接触して機械的ストレスを受けても、表面層3が変形し、そのために、塗膜が磨耗しにくいものとなる。
【0029】
本発明においては、表面層3は、分子中にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂と1種以上のアミノ樹脂とを水中に乳化分散して得たポリウレタン樹脂組成物をLVLP方式による噴霧塗布によって形成した塗膜で構成されている。前記「LVLP方式による噴霧塗布」は、低圧低容量方式による噴霧塗布とも呼ばれ、吹き付けエアー圧を0.5Kg/cm2 程度に低くし、且つ、エアー容量を25L/分程度に少なくする噴霧塗布である。本明細書では、かかる噴霧塗布を「LVLP方式による噴霧塗布」という。「LVLP方式による噴霧塗布」は、それ自体としては、塗布の分野で知られたものであるが、本発明者が現像ローラ10の表面層3の塗布に初めて適用したものである。
【0030】
従来においては、「HVLP方式による噴霧塗布」が現像ローラの表面層の塗布に採用されていた。前記「HVLP方式による噴霧塗布」は、低圧高容量方式による噴霧塗布ともよばれ、吹き付けエアー圧を1.2Kg/cm2 程度に低くし、且つ、エアー容量を200L/分程度に多くする噴霧塗布である。
【0031】
本発明によれば、表面層3が、分子中にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂と1種以上のアミノ樹脂とを水中に乳化分散して得たポリウレタン樹脂組成物の「HVLP方式による噴霧塗布」によって形成した塗膜で構成されているので、塗料粒子を小さくすることができると共に、塗膜の緻密性を高くすることができ、そのために、塗膜の表面を滑らかにすることができ、よって、表面層3の摩耗係数を1.5×10-3mm/g以下とすることができる。また、本発明によれば、揮発性有機化合物(VOC)を低減することができるので、塗装工程の作業環境が良くなると共に、環境への負荷を低減することができる。
【0032】
これに対して、従来の「HVLP方式による噴霧塗布」は、塗料粒子が大きく、塗着効率が上がるが、現像ローラの表面性を良くするためには、ある程度、圧力を高くしなければならないので、塗膜の緻密性が低いものとなり、そのために、塗膜の表面を滑らかにすることができなくなって、塗膜が、いわゆる“ゆず肌”になる。したがって、従来の「HVLP方式による噴霧塗布」は、本発明のように、表面層3の摩耗係数を1.5×10-3mm/g以下とすることができない。
【0033】
本発明においては、表面層3を形成する前記ポリウレタン樹脂組成物が前記アミノ樹脂を前記ポリウレタン樹脂に対して3重量%以上の割合で含有している。前記ポリウレタン樹脂組成物が前記アミノ樹脂を前記ポリウレタン樹脂に対して3重量%以上の割合で含有していると、アミノ樹脂とポリウレタン樹脂のカルボン酸とが架橋構造をとることができるので、耐摩耗性及び耐水性が向上し、また、動摩擦係数が低減する。
【0034】
本発明においては、表面層3を形成する前記ポリウレタン樹脂組成物がカーボンブラックを前記ポリウレタン樹脂に対して25重量%以上の割合で含有している。このように、前記ポリウレタン樹脂組成物がカーボンブラックを前記ポリウレタン樹脂に対して25重量%以上の割合で含有していると、現像ローラにおいて必要な低抵抗を得ることができ、しかも、カーボンブラックが固体潤滑剤の役割を果たすことにより、現像ローラの摺動性が向上し、また、現像ローラの動摩擦係数が低下すると共に耐摩耗性が向上する。
【0035】
前記抵抗としては、弾性層2の抵抗より表面層3の抵抗を低くして、現像ローラ10の全体の抵抗を低くするために、塗料を低抵抗にする必要がある。現像ローラの抵抗、即ち、塗装膜の抵抗(絶縁性基板上)としては、その体積抵抗を10-3Ω・cm以下にし、その表面抵抗を10-6Ω/□以下にすることにより、150V以下の現像ポテンシャルで飽和現像を達成できるものである。前記塗料には、カーボンブラックの分散に際して、分散剤、消泡剤等の各種添加剤をトナー、感光体への非汚染性の点から適宜、添加することができる。
【0036】
図2に示されているように、本発明の現像装置20は、現像ローラ15と、該現像ローラ15と平行に配置してこれにトナー16を供給するマグネットローラよりなるトナー供給ローラ13と、該トナー供給ローラ13上に付着したトナーを規制して薄層を形成するトナー規制部材14と、を有する現像装置20において、該現像ローラ15として、前記請求項1〜7のいずれかに記載の現像ローラ15を有している。そして、図2において、11は、現像剤(キャリア、トナー)、12は、撹拌部材、16は、トナー、17は、感光体、18、19は、バイアス電源である。
【0037】
本発明の現像装置20は、このように請求項1〜7のいずれかに記載の現像ローラ15を有しているので、現像ローラ15の表面層(図1における3参照。)に、トナー16の固着が発生すること、亀裂が発生すること、及び、削れによるスジ等の傷が発生することを防止すると共に、表面層3の摩耗による弾性層2の露出を防止した長寿命(例えば、機械寿命の1200kプリント程度)の現像ローラとすることができ、そのために、長寿命の現像装置を低コストで提供することができる。
【0038】
本発明の現像装置20においては、トナー16の帯電を現像剤11で行い、トナー供給ローラ(マグネットローラ)13の表面に磁力で付着した現像剤11のトナー16を、現像ローラ15へバイアス電源19から供給される供給バイアスにより供給して、感光体17上の静電潜像を現像する。
【0039】
用いるトナー16は、ポリエステル、ポリオ−ル等の樹脂に帯電制御剤(CCA)、色剤、低軟化点物質(ワックス)等を分散混合し、その周りにシリカ、酸化チタン等の物質を外添して、その流動性を高めたものである。トナー16は、従来の粉砕法あるいは、乳化、懸濁重合法等の重合法により製造されるものである。
【0040】
外添剤としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化セルウム、酸化マグネシウム、酸化クロム、酸化スズ、酸化亜鉛等の金属酸化物、窒化ケイ素等の窒化物、炭化ケイ素等の炭化物、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等の金属塩、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の脂肪酸金属塩、カーボンブラック、シリカ等をあげることができる。外添剤の粒径は、通常0.1〜1.5μmの範囲であり、また、その添加量は、トナー粒子100重量部に対して、0.01〜10重量部、好ましくは、0.05〜5重量部である。これらの外添剤は、単独で用いても、複数を併用しても構わない。また、これらの外添剤は、疎水化処理されたものを用いるのがより好ましい。
【0041】
色剤は、カ−ボンブラック、フタロシアニンブル−、キナクリドン、カ−ミン等をあげることができる。
トナーの体積平均粒径の範囲は、好ましくは、3〜12μmである。このような範囲にすると、1200dpi以上の高解像度の画像にも十分対応することが可能である。
また、トナー内部に低軟化物質を内添することも可能であり、低軟化点物質としては、パラフィンワックス、ポリオレフィンワックス、フィッシャートロピッシュワックス、アミドワックス、高級脂肪酸、エステルワックス及びこれらの誘導体又はこれらのグラフト/ブロック化合物等が挙げられ、この様な低軟化点物質を添加する場合は、トナー中へ5〜30質量%程度添加することが好ましい。
【0042】
【実施例】
(実施例1)
ポリオールとポリイソシアネートとからなるウレタンエラストマー100重量部にカーボンブラック25重量部を分散したウレタンエラストマー組成物を予め接着剤を塗布した直径8mmのステンレススチール(SUS)の芯軸の周囲に1ショット法にて被覆してウレタンエラストマー層を形成し、この被覆層を外径研削にて直径16mmとすることにより、4mm厚の弾性層を有するローラを形成した。このようにして得られたローラの弾性層の体積抵抗は、6.1×106 Ω・cmであり、また、そのJIS−A硬度は、32度であった。
そして、伸び率:660(%)及び100%モジュラス:7.4(MPa)の分子中にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂に対して、メチル化メラミン5重量%及びカーボンブラック50重量%を分散させてなる樹脂組成物を、前記弾性層を有するローラの表面に、「LVLP方式による噴霧塗布」によって噴霧塗布し、そして、この噴霧塗布したローラをオーブンにて150℃で1時間焼成して架橋反応を進行させることにより、表面層を形成して現像ローラとした。このようにして得られた現像ローラの表面層の膜厚は、約20μmであった。
但し、前記「伸び率」は、JIS K6301で測定された伸び率(%)であって、前記ポリウレタン樹脂の試験片を引張り試験機で引張った際に破断する時までの伸び量である。そして、「100%モジュラス」は、試験片を100%(2倍)引張る時に必要な荷重(MPa)である。前記「伸び率」及び「100%モジュラス」は、以下の実施例及び比較例においても、同様に定義される。
【0043】
(実施例2)
伸び率:510(%)及び100%モジュラス:17.1(MPa)の分子中にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂に対して、メチル化メラミン5重量%及びカーボンブラック50重量%を分散させてなる樹脂組成物を、前記弾性層を有するローラの表面に、「LVLP方式による噴霧塗布」によって噴霧塗布し、そして、この噴霧塗布したローラをオーブンにて150℃で1時間焼成して架橋反応を進行させることにより、表面層を形成して現像ローラとした以外は、実施例1と同様に現像ローラを形成した。
【0044】
(実施例3)
伸び率:380(%)及び100%モジュラス:21.0(MPa)の分子中にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂に対して、メチル化メラミン5重量%及びカーボンブラック40重量%を分散させてなる樹脂組成物を、前記弾性層を有するローラの表面に、「LVLP方式による噴霧塗布」によって噴霧塗布し、そして、この噴霧塗布したローラをオーブンにて150℃で1時間焼成して架橋反応を進行させることにより、表面層を形成して現像ローラとした以外は、実施例1と同様に現像ローラを形成した。
【0045】
(実施例4)
伸び率:320(%)及び100%モジュラス:11.3(MPa)の分子中にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂に対して、メチル化メラミン5重量%及びカーボンブラック50重量%を分散させてなる樹脂組成物を、前記弾性層を有するローラの表面に、「LVLP方式による噴霧塗布」によって噴霧塗布し、そして、この噴霧塗布したローラをオーブンにて150℃で1時間焼成して架橋反応を進行させることにより、表面層を形成して現像ローラとした以外は、実施例1と同様に現像ローラを形成した。
【0046】
(実施例5)
伸び率:340(%)及び100%モジュラス:34.8(MPa)の分子中にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂に対して、メチル化メラミン5重量%及びカーボンブラック25重量%を分散させてなる樹脂組成物を、前記弾性層を有するローラの表面に、「LVLP方式による噴霧塗布」によって噴霧塗布し、そして、この噴霧塗布したローラをオーブンにて150℃で1時間焼成して架橋反応を進行させることにより、表面層を形成して現像ローラとした以外は、実施例1と同様に現像ローラを形成した。
【0047】
(実施例6)
伸び率:400(%)及び100%モジュラス:10.0(MPa)の分子中にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂に対して、メチル化メラミン10重量%及びカーボンブラック55重量%を分散させてなる樹脂組成物を、前記弾性層を有するローラの表面に、「LVLP方式による噴霧塗布」によって噴霧塗布し、そして、この噴霧塗布したローラをオーブンにて150℃で1時間焼成して架橋反応を進行させることにより、表面層を形成して現像ローラとした以外は、実施例1と同様に現像ローラを形成した。
【0048】
(実施例7)
伸び率:450(%)及び100%モジュラス:15.0(MPa)の分子中にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂に対して、メチル化メラミン20重量%及びカーボンブラック55重量%を分散させてなる樹脂組成物を、前記弾性層を有するローラの表面に、「LVLP方式による噴霧塗布」によって噴霧塗布し、そして、この噴霧塗布したローラをオーブンにて150℃で1時間焼成して架橋反応を進行させることにより、表面層を形成して現像ローラとした以外は、実施例1と同様に現像ローラを形成した。
【0049】
(比較例1)
伸び率:290(%)及び100%モジュラス:33.0(MPa)の分子中にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂に対して、メチル化メラミン2重量%及びカーボンブラック15重量%を分散させてなる樹脂組成物を、前記弾性層を有するローラの表面に、「LVLP方式による噴霧塗布」によって噴霧塗布し、そして、この噴霧塗布したローラをオーブンにて150℃で1時間焼成して架橋反応を進行させることにより、表面層を形成して現像ローラとした以外は、実施例1と同様に現像ローラを形成した。
【0050】
(比較例2)
伸び率:200(%)及び100%モジュラス:29.8(MPa)の分子中にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂に対して、メチル化メラミン2重量%及びカーボンブラック10重量%を分散させてなる樹脂組成物を、前記弾性層を有するローラの表面に、「LVLP方式による噴霧塗布」によって噴霧塗布し、そして、この噴霧塗布したローラをオーブンにて150℃で1時間焼成して架橋反応を進行させることにより、表面層を形成して現像ローラとした以外は、実施例1と同様に現像ローラを形成した。
【0051】
(比較例3)
伸び率:150(%)及び100%モジュラス:30.6(MPa)の分子中にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂に対して、カーボンブラック5重量%を分散させてなる樹脂組成物を、前記弾性層を有するローラの表面に、「LVLP方式による噴霧塗布」によって噴霧塗布し、そして、この噴霧塗布したローラをオーブンにて150℃で1時間焼成して架橋反応を進行させることにより、表面層を形成して現像ローラとした以外は、実施例1と同様に現像ローラを形成した。
【0052】
(比較例4)
伸び率:10(%)及び100%モジュラス:40(MPa)の分子中にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂に対して、メチル化メラミン2重量%及びカーボンブラック20重量%を分散させてなる樹脂組成物を、前記弾性層を有するローラの表面に、「LVLP方式による噴霧塗布」によって噴霧塗布し、そして、この噴霧塗布したローラをオーブンにて150℃で1時間焼成して架橋反応を進行させることにより、表面層を形成して現像ローラとした以外は、実施例1と同様に現像ローラを形成した。
【0053】
以上、実施例1〜7及び比較例1〜4により得られた現像ローラについて、
(イ)摩耗係数(mg/g)を測定し、
(ロ)動摩耗係数を測定し、そして、
(ハ)該現像ローラを図2に示されるような実機(リコー社製、Ipsio Clor5100を改造したもの)に搭載して、画像面積が5%の画像1200kプリント後の現像ローラの表面を評価した。
前記(イ)〜(ロ)は、次のようにして測定し、そして、前記(ハ)は、次の基準で評価した。
【0054】
(1)摩耗係数(mg/g)
実施例1〜7及び比較例1〜4で用いられる樹脂組成物を基盤上に「LVLP方式による噴霧塗布」によって噴霧塗布して塗膜を形成し、これを図3に示されるように、先端にアルミナボールを取り付けたロードセルを荷重(W)で押圧しながら低速で摺動させて、塗膜に摩耗キズを形成し、そして、図4に示されるように、荷重W(g)とキズ幅(mm)の関係をグラフに記載して、そのグラフの直線の傾きを摩耗係数(mm/g)として測定した。
【0055】
(2)動摩擦係数
前記(1)と同様に、塗膜に摩耗キズを形成し、そして、図3に示されるように、荷重(W)を測定しながら、ロードセルからの出力を記録してFを測定して、F/Wを動摩擦係数とした。
【0056】
(3)1200kプリント後の現像ローラ表面の評価基準
1200kプリント後の現像ローラ表面に弾性層が露出しないものを「○」とした。そして、1200kプリント後の現像ローラ表面に一部露出があるか、又は、塗膜に剥がれがあるものを「×」とした。
【0057】
測定結果及び評価結果は、次の表1に示される。
【0058】
【表1】
【0059】
【発明の効果】
(1)表面層が分子中にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂と1種以上のアミノ樹脂との架橋反応生成物で構成されていると共に、その表面層の摩耗係数が1.5×10-3mm/g以下であるので、現像ローラの表面層に、トナーの固着が発生すること、亀裂が発生すること、及び、削れによるスジ等の傷が発生することを防止すると共に、表面層の摩耗による弾性層の露出を防止した長寿命(例えば、機械寿命同等の1200kプリント程度)の現像ローラを低コストで提供することができる。
【0060】
(2)請求項2に記載された本発明によれば、表面層の動摩擦係数が0.7以下であるので、現像ローラと接触する部材間における摺動性が良好となり、そのために、耐摩耗性が向上し、よって、高寿命の現像ローラとすることができる。
【0061】
(3)請求項3に記載された本発明によれば、表面層を構成するポリウレタン樹脂の100%モジュラスが25MPa以下であるので、カーボンブラックを多量に添加しても物性を大きく損ねることがなく、且つ、弾性層への追従性が良好となり、そのために、他の部材と接触して機械的ストレスを受けても、表面層が変形し、よって、表面層が磨耗しにくいものとなる。
【0062】
(4)請求項4に記載された本発明によれば、表面層を構成するポリウレタン樹脂の伸び率が300%以上であるので、カーボンブラックを多量に添加しても物性を大きく損ねることがなく、且つ、弾性層への追従性が良好となり、そのために、他の部材と接触して機械的ストレスを受けても、表面層が変形し、よって、塗膜が磨耗しにくいものとなる。
【0063】
(5)請求項5に記載された本発明によれば、表面層が、分子中にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂と1種以上のアミノ樹脂とを水中に乳化分散して得たポリウレタン樹脂組成物の「HVLP方式による噴霧塗布」によって形成した塗膜で構成されているので、塗料粒子を小さくすることができると共に、塗膜の緻密性を高くすることができ、そのために、塗膜の表面を滑らかにすることができ、よって、表面層の摩耗係数を1.5×10-3mm/g以下とすることができる。また、本発明によれば、揮発性有機化合物(VOC)を低減することができるので、塗装工程の作業環境が良くなると共に、環境への負荷を低減することができる。
【0064】
(6)請求項6に記載された本発明によれば、表面層を形成するポリウレタン樹脂組成物がアミノ樹脂を前記ポリウレタン樹脂に対して3重量%以上の割合で含有しているので、アミノ樹脂とポリウレタン樹脂のカルボン酸とが架橋構造をとることができ、そのために、耐摩耗性及び耐水性が向上し、また、動摩擦係数が低減する。
【0065】
(7)請求項7に記載された本発明によれば、表面層を形成するポリウレタン樹脂組成物がカーボンブラックを前記ポリウレタン樹脂に対して25重量%以上の割合で含有しているので、現像ローラにおいて必要な低抵抗を得ることができ、しかも、カーボンブラックが固体潤滑剤の役割を果たすことにより、現像ローラの摺動性が向上し、また、現像ローラの動摩擦係数が低下すると共に耐摩耗性が向上する。
【0066】
(8)請求項8に記載された本発明によれば、現像ローラと、該現像ローラと平行に配置してこれにトナーを供給するマグネットローラよりなるトナー供給ローラと、該トナー供給ローラ上に付着したトナーを規制して薄層を形成するトナー規制部材と、を有する現像装置において、該現像ローラとして、前記請求項1〜7のいずれかに記載の現像ローラを有しているので、現像ローラの表面層に、トナーの固着が発生すること、亀裂が発生すること、及び、削れによるスジ等の傷が発生することを防止すると共に、表面層の摩耗による弾性層の露出を防止した長寿命(例えば、機械寿命の1200kプリント程度)の現像ローラとすることができ、そのために、長寿命の現像装置を低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示す現像ローラの断面図である。
【図2】本発明の一実施の形態を示す現像ローラを有する現像装置の概略説明図である。
【図3】現像ローラの摩耗試験方法を説明するための説明図である。
【図4】キズ幅(mm)と荷重(g)との関係を示すグラフである。
【図5】従来の現像装置の概略説明図である。
【符号の説明】
1 芯軸
2 弾性層
3 表面層
10 現像ローラ
11 現像剤(キャリア、トナー)
12 撹拌部材
13 トナー供給ローラ
14 トナー規制部材
15 現像ローラ
16 トナー
17 感光体
18、19 バイアス電源
20 現像装置
Claims (8)
- 芯軸、弾性層及び表面層を順次有する現像ローラにおいて、該表面層が、分子中にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂と、1種以上のアミノ樹脂と、の架橋反応生成物で構成されていると共に、その表面層の摩耗係数が、1.5×10-3mm/g以下であることを特徴とする現像ローラ。
- 前記表面層の動摩擦係数が、0.7以下であることを特徴とする請求項1に記載の現像ローラ。
- 前記ポリウレタン樹脂の100%モジュラスが、25MPa以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の現像ローラ。
- 前記ポリウレタン樹脂の伸び率が、300%以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の現像ローラ。
- 前記表面層が、分子中にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂と1種以上のアミノ樹脂とを水中に乳化分散して得たポリウレタン樹脂組成物のLVLP方式による噴霧塗布によって形成された塗膜で構成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の現像ローラ。
- 前記ポリウレタン樹脂組成物が、前記アミノ樹脂を前記ポリウレタン樹脂に対して3重量%以上の割合で含有していることを特徴とする請求項5に記載の現像ローラ。
- 前記ポリウレタン樹脂組成物が、カーボンブラックを前記ポリウレタン樹脂に対して25重量%以上の割合で含有していることを特徴とする請求項5又は6に記載の現像ローラ。
- 現像ローラと、該現像ローラと平行に配置してこれにトナーを供給するマグネットローラよりなるトナー供給ローラと、該トナー供給ローラ上に付着したトナーを規制して薄層を形成するトナー規制部材と、を有する現像装置において、該現像ローラとして、前記請求項1〜7のいずれかに記載の現像ローラを有することを特徴とする現像装置。
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- 2002-12-18 JP JP2002366778A patent/JP2004198710A/ja active Pending
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