JP2004212865A - 半導電性ロール及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー搬送性の低下に伴う印字濃度の低下、印字カスレ等の問題を解消し、カブリや残像を抑制防止できる半導電性ロール及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】導電性軸体２と、導電性軸体２の周面に覆着される弾性半導電層３と、熱硬化性ポリマーあるいは熱可塑性ポリマーにより形成されて弾性半導電層３の周面に覆着され、摩擦帯電トナーを薄層状態で担持するトナー担持層４とを備える。そして、トナー担持層４の静摩擦係数を０．１〜１．５とし、トナー担持層４のヤング率を１〜６５００ＭＰａとする。また、弾性半導電層３の体積抵抗率を１×１０^２〜１×１０^７Ωｃｍの範囲とし、トナー担持層４の体積抵抗率を１×１０^７〜１×１０^１１Ωｃｍの範囲とするとともに、トナー担持層４の十点平均粗さＲｚを１〜１０μｍの範囲とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真複写機、プリンタ、又はファクシミリ等に使用される半導電性ロール及び画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導電性ロールは、図示しないが、導電性軸体と、この導電性軸体の周面に設けられる弾性半導電層と、この弾性半導電層の周面に設けられるトナー担持層とを備え、トナー担持層に担持された摩擦帯電トナーにより潜像担持体上に形成された静電潜像を可視化する現像装置に現像ロールとして使用される。
このような半導電性ロールは、導電性、耐環境性、低硬度、摩擦帯電特性、トナー搬送性等の特性が要求される。この要求に対しては、ウレタンゴム、ＮＢＲ、シリコーンゴム等の素材に、導電性付与剤としてイオン伝導物質あるいは電子伝導物質を添加することにより、半導電性ロールを得る方法が提案されている（特許文献１参照）。
一方、係る半導電性ロールには、高温・高湿下での放置や長時間印字した後にプリンタ内に放置された際の印字特性の安定性もまた要求される。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１‐２２７５３０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導電性ロールは、そのロール表面がトナー搬送ロール、感光体、現像ブレード等の部品と直接あるいはトナーを介して間接的に接触摩擦することにより、ロール表面が磨耗し、その結果、トナー搬送性が低下して印字濃度の低下や印字カスレ等が生じるという問題がある。さらに、ロール表面の磨耗に伴い、トナーに対する帯電特性が変化し、カブリや残像を招くおそれも少なくない。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みなされたもので、トナー搬送性の低下に伴う印字濃度の低下、印字カスレ等の問題を解消し、カブリや残像を抑制防止することのできる半導電性ロール及び画像形成装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明においては、上記課題を達成するため、導電性軸体と、この導電性軸体の周囲に少なくとも一層設けられる弾性半導電層と、熱硬化性ポリマーあるいは熱可塑性ポリマーにより形成されて弾性半導電層の周囲に設けられ、摩擦帯電トナーを薄層状態で担持するトナー担持層とを含み、潜像担持体上に形成された静電潜像を可視化する現像装置に使用されるものであって、
トナー担持層の静摩擦係数を０．１〜１．５とし、トナー担持層のヤング率を１〜６５００ＭＰａとしたことを特徴としている。
なお、弾性半導電層の体積抵抗率を１×１０^２〜１×１０^７Ωｃｍの範囲とし、トナー担持層の体積抵抗率を１×１０^７〜１×１０^１１Ωｃｍの範囲とするとともに、トナー担持層の十点平均粗さＲｚを１〜１０μｍの範囲とすることが好ましい。
【０００７】
また、請求項３記載の発明においては、上記課題を達成するため、請求項１又は２記載の半導電性ロールを備えたことを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明すると、半導電性ロールである現像ロール１は、図１や図２に示すように、円柱の導電性軸体２と、ゴムあるいはエラストマーにより形成されて導電性軸体２の周面に覆着される円筒のソリッドである弾性半導電層３と、熱硬化性ポリマーあるいは熱可塑性ポリマーにより形成されて弾性半導電層３の周面に薄く覆着され、摩擦帯電トナーを薄層状態で担持（担ぐように支持すること）するトナー担持層４とを備え、現像装置、より詳しくは、電子写真方式の画像形成装置１０内に回転可能に軸支される。
【０００９】
導電性軸体２としては、良好な導電性を有するものであれば、特に限定されるものではないが、通常は鉄、アルミニウム、ＳＵＳ、真鍮等で構成された、いわゆる「芯金」、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂等からなる絶縁芯体の表面にメッキを施して導電化したもの、あるいは熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂等に導電性付与剤としてカーボンブラック、金属粉体等を配合した導電性樹脂で形成されたもの等が用いられる。このような導電性軸体２は、その一端部が接地されるか、あるいはバイアス電圧が印加されることにより、潜像担持体の電圧、トナーに対する電荷の注入、トナーの吸着、潜像担持体からのトナー搬送による静電潜像の現像、帯電、転写等の機能を発揮する。
【００１０】
弾性半導電層３は、シリコーンゴム、エチレン‐プロピレン‐ジエンゴム、ポリウレタン、クロロプレンゴム、天然ゴム、ブチルゴム、ポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレン‐ブタジエンゴム、ニトリルゴム、エチレン‐プロピレンゴム、アクリルゴム、及びこれらの混合物、いわゆるゴム又はエラストマーいずれか１つ以上に煙霧質シリカ、沈降性シリカ、補強性カーボンブラック等の充填材、及び導電性カーボンブラック、ニッケル、アルミニウム、銅等の金属粉末、酸化亜鉛、酸化錫等の金属酸化物、硫酸バリウム、酸化チタン、又はチタン酸カリウム等の芯材に酸化錫をコーティングした導電性充填材等を配合し、パーオキサイド、白金触媒存在下でのハイドロジェンシロキサン、イソシアネート等の加硫剤と一緒に混練したものが用いられる。
【００１１】
このような弾性半導電層３は、現像工程の電極、トナーに対する接触帯電、電荷注入用の電極として機能する。また、ゴム弾性により感光体との間で均一な現像電界を形成する。
なお、本実施形態では導電性軸体２の周面に一層の弾性半導電層３を覆着したものを示すが、なんらこれに限定されるものではなく、複数層の弾性半導電層３を覆着しても良い。この場合には、最外層の弾性半導電層３の周面にトナー担持層４を設けることとなる。
【００１２】
トナー担持層４としては、特に制限されるものではないが、アミノ基及び又は水酸基を有するものが好適である。一例を示せば、アルキッド樹脂、フェノール変性・シリコーン変性等のアルキッド樹脂変性物、オイルフリーアルキッド樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ウレタン樹脂及びこれらの混合物があげられる。また、架橋には、イソシアネート化合物、メラミン化合物、エポキシ化合物、過酸化物、フェノール化合物、ハイドロジェンシロキサン化合物等の架橋剤が使用される。トナー担持層４に対する充填材としては、湿式シリカ、珪藻土、酸化アルミ、酸化亜鉛、炭酸カルシウム等の無機充填材、及びシリコーンレジンパウダー、メタクリル酸メチルパウダー等があげられる。
【００１３】
トナー担持層４は、その静摩擦係数が０．１〜１．５の範囲値に設定され、ヤング率が１〜６５００ＭＰａの範囲値に設定される。このようなトナー担持層４は、その表面の凹凸、ファンデルワールス力、鏡像力、クーロン力により、ロールの表面にトナーを担持して搬送するよう機能する。
なお、トナー担持層４については、導電性の粉体やイオン導電性の物質を加え、コート材自体も半導電化すると良い。
【００１４】
弾性半導電層３は、その体積抵抗率が１×１０^２〜１×１０^７Ωｃｍの範囲値に設定される。また、トナー担持層４は、体積抵抗率が１×１０^７〜１×１０^１１Ωｃｍの範囲値に設定されるとともに、十点平均粗さＲｚが１〜１０μｍの範囲値とされる。弾性半導電層３の体積抵抗率とトナー担持層４の体積抵抗率、十点平均粗さＲｚとが係る範囲なのは、この範囲から外れると、カブリの発生、現像効率の低下、印字濃度の不適合、有機感光体の絶縁破壊等の不具合が生じ、良好な印字特性を得ることができないからである。
【００１５】
現像ロール１の製造に際しては、導電性軸体２と弾性半導電層３の組成物とを押出機でクロスヘッドを用い一体化して分出し、ギヤーオーブン又はＩＲ炉で一次加硫する方法、金型に導電性軸体２をセットしてシリコーン組成物を注入し、常温又は加熱下で一次加硫する方法、金型に導電性軸体２とシリコーン組成物とをセットして加熱圧縮する方法等が用いられる。また、現像ロール１の製造後、ギヤーオーブンで所定の時間二次加硫し、物性を安定化する方法等を併用しても良い。
成形して製品化した現像ロール１については、必要に応じて円筒研削盤、ショットブラスター、サンドブラスター、ラッピング機、バフ等により所定の表面状態（好ましくは、Ｒｚ３〜１５μｍ、Ｓｍ３〜３０μｍ）に処理することもできる。
【００１６】
画像形成装置１０は、図２に示すように、感光ドラム１１、帯電ロール１２、現像ロール１、トナー搬送ロール１３、転写ロール１４、クリーニングロール１５、攪拌機１６、摩擦帯電ブレード１７、及びＬＥＤアレイ１８を備え、記録紙２０に文字や模様等を印字する。
【００１７】
上記構成によれば、トナー担持層４のヤング率を１〜６５００ＭＰａの範囲内として耐磨耗性を向上させるので、印字に伴う磨耗量を著しく低減することができ、印字耐久試験前後におけるトナー搬送性の低下を抑制防止することができる。また、トナー担持層４の静摩擦係数を０．１〜１．５の範囲としたので、きわめて良好なトナー搬送性を確保することができる。そして、これらにより、長期にわたって安定した印字特性（初期印字特性、経時印字特性）を有する半導電性の現像ロール１を提供することができる。
【００１８】
なお、上記実施形態では半導電性ロールを現像ロール１として使用したが、なんらこれに限定されるものではなく、特に支障を来さないのであれば、他用途に供されるロールとして用いても良い。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明に係る半導電性ロールの実施例を比較例と共に説明する。
実施例１
導電性軸体として、ＳＵＭ２２に無電解ニッケルメッキした直径１０ｍｍ、長さ２５０ｍｍのシャフトを使用し、これにシリコーン系プライマー・プライマーＮｏ．１６［信越化学工業株式会社製 商品名］を塗布し、ギヤーオーブン中で１５０℃、１０分間焼き付け処理を施した。
【００２０】
また、弾性半導電層の組成物として、メチルビニルシリコーン生ゴムＫＥ‐７８ＶＢＳ［信越化学工業株式会社製 商品名］１００重量部に、ジメチルシリコーン生ゴムＫＥ‐７６ＶＢＳ［信越化学工業株式会社製 商品名］２０重量部にカーボンブラック・アサヒサーマル［旭カーボン株式会社製 商品名］１０重量部、煙霧質シリカ系充填材であるＡＥＲＯＳＩＬ２００［日本アエロジル株式会社製 商品名］１５重量部、白金触媒であるＣ１９‐Ａ［信越化学工業株式会社製 商品名］０．５部、ハイドロジェンシロキサンＣ１９‐Ｂ［信越化学工業株式会社製 商品名］２．０部を添加し、加圧ニーダで混練してシリコーンゴム組成物を調製した。
【００２１】
次いで、シリコーンゴム組成物を押出機でクロスヘッドを使用して一体化して分出しし、ギヤーオーブン中で３００℃、１５分間加熱加硫し、導電性軸体にφ２０ｍｍに加硫接着成形した。こうして導電性軸体に加硫接着成形したら、ギヤーオーブン中で２００℃、４時間二次加硫し、円筒研削盤で研磨して直径１６ｍｍ、ゴム部の長さ２１０ｍｍ、硬度４５°（ＡＳＫＥＲ Ｃ）のロール基材を作製した。
【００２２】
次いで、ロール基材の表面に、ウレタン系塗料タケラックＥ‐５５３［三井武田ケミカル株式会社製 商品名 不揮発分５０％］１００重量部に、充填材である無水シリカＡＥＲＯＳＩＬ２００［日本アエロジル株式会社製 商品名］１５重量部、導電性付与剤であるカーボンブラック・アサヒサーマル［旭カーボン株式会社製 商品名］１０重量部を添加し、ポットミルで８時間攪拌・分散し、ポリイソシアネート系架橋剤タケラックＤ１４０Ｎ［三井武田ケミカル株式会社製 商品名 不揮発分５０％］２０重量部を添加するとともに、スプレーコーティングした後、１５０℃×３０ｍｉｎ加熱硬化させ、トナー担持層を有する実施例１のサンプルを得た。
【００２３】
実施例２
充填材をメタクリル酸ブチル粒子ＢＭ３０Ｘ‐５［積水化成品工業株式会社製商品名］１５重量部に変更し、それ以外は実施例１と同様の方法で実施例２のサンプルを得た。
実施例３
充填材を導電性酸化亜鉛ＥＣＺ‐５０［堺化学工業株式会社製 商品名］１５重量部に変更し、それ以外は実施例１と同様の方法で実施例３のサンプルを作製した。
【００２４】
実施例４
塗料を熱可塑性ポリマーであるポリアミドイミド系塗料バイロマックスＮ８０２０［東洋紡績株式会社製 商品名］とし、充填材を無水シリカＡＥＲＯＳＩＬ２００［日本アエロジル株式会社製 商品名］１５重量部、導電性付与剤としてカーボンブラック・アサヒサーマル［旭カーボン株式会社製 商品名］１０重量部を添加し、ポットミルで８時間攪拌・分散し、スプレーコーティングした後、１５０℃×３０ｍｉｎ加熱硬化させ、実施例４のサンプルを作製した。
【００２５】
こうして実施例１〜４のサンプルを得たら、これらを、市販の負帯電トナーを用いた電子写真式プリンタに現像ロールとしてセットし、印字試験を実施してその結果を表１にまとめた。実施例１〜３のサンプルを使用して初期印字から２万枚印字後の印字特性を確認した結果、トナー担持層の磨耗が抑制され、初期と経時において高品位の印字画像を得ることができた（表１参照）。
【００２６】
比較例１
実施例１と基本的には同様の方法でトナー担持層を有しない比較例１のサンプルを得た。
比較例２
充填材である無水シリカＡＥＲＯＳＩＬ２００［日本アエロジル株式会社製 商品名］１５重量部を３５重量部に変更し、それ以外は比較例１と同様の方法で比較例２のサンプルを得た。
比較例３
充填材を導電性酸化亜鉛ＥＣＺ‐２００［堺化学工業株式会社製 商品名］５０重量部に変更し、それ以外は比較例１と同様の方法で比較例３のサンプルを得た。
【００２７】
比較例１〜３のサンプルを得たら、これらを、市販の負帯電トナーを用いた電子写真式プリンタに現像ロールとしてセットし、印字試験を実施してその結果を表１にまとめた。
【００２８】
【表１】

【００２９】
表１の項目に関する測定方法
・弾性率
トナー担持層となるコート剤をキャスティングにより製膜し、粘弾性測定器を使用して引っ張り弾性率を求めた。
・静摩擦係数
図３の摩擦試験機［ＨＥＩＤＯＮ ３Ｋ‐３４Ｂ／ＨＥＩＤＯＮ‐１４］を使用して半導電性ロール周面の接線方向の摩擦係数を測定した。ＰＰＣ用紙は、ＲＩＣＨＯ６２００Ａ４Ｔ目（幅５０ｍｍ）を使用した。また、摩擦速度は６００ｍｍ／ｍｉｎ、垂直荷重は１００ｇとした。
【００３０】
・印字濃度
実施例のサンプルを初期及び耐久試験後に電子写真式プリンタに組み込み、黒ベタ、網点、５％デューティー、白地印字等を繰り返し、黒ベタ印字部のマクベス濃度をマクベス濃度計を使用して測定した。
・カブリ
実施例のサンプルを初期及び耐久試験後に電子写真式プリンタに組み込み、黒ベタ、網点、５％デューティー、白地印字等を繰り返し、５％デューティーの白地部におけるマクベス濃度をマクベス濃度計を用いて測定した。
【００３１】
・黒ベタムラ
実施例のサンプルを初期及び耐久試験後に電子写真式プリンタに組み込み、黒ベタ、網点、５％デューティー、白地印字等を繰り返し、黒ベタ部における印字濃度ムラの有無を目視判定した。
・高温・高湿放置後印字ムラ
実施例のサンプルを現像カートリッジに組み込み、初期印字で印字に問題ないのを確認し、高温・高湿下（５５℃、８０ＲＨ％、７日間）に放置し、その後印字して初期状態と比べ、現像ブレード及び感光体との接触部における異常の有無を目視判定した。
・トナー固着
高温・高湿放置試験後の半導電性ロール表面を目視判定した。
【００３２】
合否判定
・印字濃度
初期、耐久後の濃度共、１．３未満のものについては不合格とした。
・カブリ
初期、耐久後の濃度共、０．０１５を超えたものについては不合格とした。
・黒ベタムラ
初期、耐久後共、黒ベタ濃度にムラが見られたものについては不合格とした。
【００３３】
・高温・高湿放置後印字ムラ
現像ブレード及び感光体との接触部における異常の有無を目視で判断し、濃度ムラ等の異常が見られたものについては不合格とした。
・トナー固着
半導電性ロールの表面にトナーが固着したものについては不合格とした。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、トナー担持層の静摩擦係数を０．１〜１．５とし、トナー担持層のヤング率を１〜６５００ＭＰａとするので、トナー搬送性の低下に伴う印字濃度の低下、印字カスレ等の問題を解消し、カブリや残像を抑制防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導電性ロールの実施形態を示す断面説明図である。
【図２】本発明に係る画像形成装置の実施形態を示す説明図である。
【図３】本発明に係る半導電性ロールの実施例における摩擦試験機を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 現像ロール（半導電性ロール）
２ 導電性軸体
３ 弾性半導電層
４ トナー担持層
１０ 画像形成装置
２０ 記録紙

Claims (3)

1. 導電性軸体と、この導電性軸体の周囲に少なくとも一層設けられる弾性半導電層と、熱硬化性ポリマーあるいは熱可塑性ポリマーにより形成されて弾性半導電層の周囲に設けられ、摩擦帯電トナーを薄層状態で担持するトナー担持層とを含み、潜像担持体上に形成された静電潜像を可視化する現像装置に使用される半導電性ロールであって、
   トナー担持層の静摩擦係数を０．１〜１．５とし、トナー担持層のヤング率を１〜６５００ＭＰａとしたことを特徴とする半導電性ロール。
2. 弾性半導電層の体積抵抗率を１×１０^２〜１×１０^７Ωｃｍの範囲とし、トナー担持層の体積抵抗率を１×１０^７〜１×１０^１１Ωｃｍの範囲とするとともに、トナー担持層の十点平均粗さＲｚを１〜１０μｍの範囲とした請求項１記載の半導電性ロール。
3. 請求項１又は２記載の半導電性ロールを備えたことを特徴とする画像形成装置。

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