JP2004333638A - トナー担持体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー担持体の表面層に使用する樹脂、添加材を検討し、トナー担持体全体を低抵抗にすることにより現像バイアスを低く設定し、リークの発生しない現像装置を提供し、トナー担持体、システムとしての高寿命、高画質化、環境に対応できるトナー担持体及び、その製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】トナーを担持して、回転しながら静電潜像の形成された像担持体に接触又は近接して像担持体表面にトナーを供給することにより、静電潜像を現像するトナー担持体であって、トナー担持体は導電性の弾性層上に表面層を有した構造で、その表面層が、分子内にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂と少なくとも１種のメラミン樹脂と縮合架橋物を主成分として形成されていることを特徴とするトナー担持体を主たる構成にする。
【選択図】 図３

Description

【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において、静電潜像をトナーで可視化するためのトナー担持体（代表的には「現像ローラ」がある）に関し、さらに詳しくは、トナー担持体表面層、下塗り層の組成、表面性の改善及び該トナー担持体の製造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真装置、特に小型機分野においては、メンテナンスの簡素化が進んでおり、非磁性一成分トナーを用いた現像方式が実用化されており、このような現像方式には、ゴム等のエラストマーの弾性材料で構成されるトナー担持体を用いたドラムあるいは、ベルト状の像担持体への接触現像方式、またそれに用いられるトナー担持体が種々提案されている。静電潜像の形成されたドラム状あるいはベルト状像担持体に、弾性を有するトナー担持体を当接させて、トナー担持体に薄層化されたトナーを現像電界に応じてトナーを移動させ可視像化するという方法によれば、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をもつ。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には、下記に示すような問題がある。即ち、非磁性一成分トナーを用いた現像装置においては、トナー担持体の寿命が、トナー担持体への当接部材であるトナー層形成部材あるいは補給部材との当接部におけるトナーへのストレスにより、トナーのトナー担持体表面あるいはトナー層形成部材表面への固着が発生したり、トナー担持体の削れ、傷の発生により、数〜十数ｋプリントできるカートリッジ形態をとらざるを得ない。近年は、環境問題からカートリッジのリサイクルを行わなければならないという問題が発生してきていることと、価格低下のために、現像装置を据え置きにして、プリント１枚当たりのランニングコストを下げる手段が要求されている。
【０００４】
そのために、現像装置を二成分現像装置の様に機械寿命（例えば１２００ｋプリント）と同等にするのに、トナー担持体の耐摩耗性及び、摩耗時の特性変化を小さくすることは非常に重要になる。
【０００５】
一方システムの高寿命化のために、特に像担持体の高寿命化対策として、低帯電電位にして、帯電時のハザード（静電疲労、放電物質の発生）を低減しようということが検討されており、低現像ポテンシャル（潜像部とトナー担持体のバイアス電位）で現像できるシステムが必要になってきている。
【０００６】
また、高画質化という観点からは、デジタル画像の階調表現方法を面積階調にするため、多値から２値にするということがあり、現像γをできるだけ立たせかつ、飽和の現像ポテンシャルを小さくする必要性が生じている。
【０００７】
現像画像の階調のγを立たせるために、トナー担持体の抵抗を低抵抗にするということは公知の技術であるが、いくつかの課題がある。低抵抗にすると、バイアス電圧として例えば、−２５０Ｖのような高電圧を印加すると、静電潜像担持体へのリークが発生する場合がある。従って通常、（弾性層の抵抗）≦（表面層の抵抗）という構成をとり、リークを防止している。低抵抗にするためには、弾性層にカーボンブラック等の導電性付与剤を添加する必要があるが、導電性付与剤を高充填すると、硬度アップを招くとともに、加工性が損なわれ、トナー担持体がローラ形状の場合、成形が難しくなるという問題がある。
【０００８】
そこで本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、トナー担持体の表面層に使用する樹脂、添加材を検討し、（弾性層の抵抗）≧（表面層の抵抗）とし、トナー担持体全体としての抵抗を低抵抗にし、またそれに伴って現像バイアスを低く設定でき、リークの発生しない現像装置を提供し、高寿命のトナー担持体の提供、システムとしての高寿命を達成、高画質化、環境に対応できるトナー担持体及び、その製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、トナーを担持して、回転しながら静電潜像の形成された感光体に接触もしくは近接して感光体表面にトナーを供給することによって、前記静電潜像を可視化するトナー担持体において、
トナー担持体は導電性の弾性層上に表面層を有した構造であり、その表面層が、分子内にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂と少なくとも１種のメラミン樹脂との縮合架橋物を主成分として形成されていることを特徴とするトナー担持体を最も主要な特徴とする。なお、表面層にはメラミン樹脂の自己縮合生成物が含有されていてもかまわない。
【００１０】
請求項２記載の発明では、前記導電性の弾性層の硬度が、担持体上硬度でＪＩＳ−Ａ ４５度以下である請求項１に記載のトナー担持体を主要な特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明では、前記導電性の弾性層の表面粗さより表面層の表面粗さが小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載のトナー担持体を主要な特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明では、前記表面層の表面粗さがＲｚ３μｍ以下、うねりがＷｃａ０．５μｍ以下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トナー担持体を主要な特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明では、前記表面層にカーボンブラックが添加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トナー担持体を主要な特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明では、前記ポリウレタン樹脂が、水中に乳化分散されている水系エマルジョン樹脂を原材料とするものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のトナー担持体を主要な特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の発明では、前記メラミン樹脂の組成として、ホルムアルデヒド付加数が４個以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のトナー担持体を主要な特徴とする。
【００１６】
請求項８記載の発明では、前記メラミン樹脂の組成として、イミノ基数が２個以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のトナー担持体を主要な特徴とする。
【００１７】
請求項９記載の発明では、前記メラミン樹脂の組成として、メチロール基個数をＡ、メトキシメチル基数をＢとしたときにＡ＋Ｂ≧４であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のトナー担持体を主要な特徴とする。
【００１８】
請求項１０記載の発明では、前記メラミン樹脂を前記ポリウレタン樹脂に対して、３重量％以上８０重量％以下添加したことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のトナー担持体を主要な特徴とする。
【００１９】
請求項１１記載の発明では、前記ポリウレタン樹脂とメラミン樹脂とを架橋反応させて形成された表面層は、前記ポリウレタン樹脂に対してメラミン樹脂添加量を３重量％以上８０重量％以下添加とし、かつ、メラミンのイミノ基数が２個以下、メチロール基個数をＡ、メトキシメチル基数をＢとしたときにＡ＋Ｂ≧４にし、メラミンの置換基のＨを多くするか、またはＣＨ_２ＯＣＨ_３を少なくすることにより、表面に軸方向の波状シワ（凹凸）の発生を防止したことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のトナー担持体を主要な特徴とする。
【００２０】
請求項１２記載の発明では、分子内にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂と、少なくとも１種のメラミン樹脂からなる塗料材料を弾性体上に塗布し、１２０℃以上の温度雰囲気下でポリウレタン樹脂とメラミン樹脂とを架橋反応させて表面層を形成することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のトナー担持体を主要な特徴とする。
【００２１】
請求項１３記載の発明では、前記ポリウレタン樹脂とメラミン樹脂とを架橋反応させて形成される表面層は、前記ポリウレタン樹脂に対してメラミン樹脂添加量を３重量％以上８０重量％以下添加とし、かつ、メラミンのイミノ基数が２個以下、メチロール基個数をＡ、メトキシメチル基数をＢとしたときにＡ＋Ｂ≧４にし、メラミンの置換基のＨを多くするか、またはＣＨ_２ＯＣＨ_３を少なくすることにより、表面に軸方向の波状シワ（凹凸）の発生を防止することを特徴する請求項１２記載のトナー担持体の製造方法を主要な特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
本発明は、低硬度の弾性層上に水系ウレタン樹脂塗料をメラミン樹脂で硬化させることにより塗膜の機械物性を向上させ、かつ、硬化時に表面にシワが発生することなく、環境に優しい製造方法により製造されるトナー担持体を提供することである。
【００２３】
高画質化のためには、トナー担持体を弾性体にして像担持体ドラムに対して、あるニップ幅を持って当接させる場合と、トナー担持体をハードにして像担持体ベルトへ食い込ませる方式があるが、トナー担持体に弾性体を用いる場合が多い。その際、トナー担持体の硬度を下げることと、コーティング表面の表面性を非常に良くすることが重要になる。
【００２４】
非磁性一成分現像方式においては、トナーをトナー担持体表面材料との摩擦帯電によって、帯電させる必要があるため、トナー担持体表面の材料が重要である。通常、一般的に用いられている電子写真方式においては、マイナス帯電性の感光体を用い、マイナス帯電性トナーを用いるため、トナー担持体表面はプラス帯電性の材料で形成することが望ましい。トナーをマイナス帯電させる材料としては、メラミン樹脂等のトリアジン系樹脂が知られている。
【００２５】
しかしながら、メラミン樹脂は、ベース樹脂を、加熱することによって、架橋（縮合）反応をさせて硬化させるため、弾性層が低硬度になると、硬化反応時に、弾性体が膨張・収縮をする際に硬化による塗膜の収縮が加わって表面に図５（ｂ）に示すようなシワが発生するという問題が発生する。そのシワは、添加量が増えるに従って大きくかつ、増大する傾向である。
【００２６】
これに対し、本発明者は、メラミン樹脂の化学組成によって、架橋反応性をコントロールすることにより、ベース樹脂を硬化させる際に発生するシワの発生を防止することができることを見出した。
【００２７】
また、近年、環境面において、特に塗装に関してはＶＯＣ（ＶｏｌａｔｉｌｅＯｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ：揮発性有機化合物）の低減が求められており、溶剤系の塗料から、水系の塗料に移行しつつある。製造工程においても、脱溶剤は必須となってきている。表面層材料としては、弾性層の硬度が低いために、柔軟性があり、かつ機械寿命の耐久（耐摩耗性）が必要となってくる。本発明は、これに対して水系塗料の採用により対応している。
【００２８】
以下図面により本発明のトナー担持体を、画像形成装置の一部を構成する現像装置の例に基づいて説明する。なお、ここではトナー担持体として現像ローラを用いている。
図１は本発明に係わる現像装置の一例を示す図である。図１の現像装置は、現像ローラ１、芯軸の周囲にスポンジを形成してなるトナー補給部材２、ケース４の側板に軸支されているトナー攪拌部材３、トナーを所定量に薄層化するトナー層規制部材５、感光体６によって構成されており、現像ローラ１を回転させて感光体６を現像するものである。
【００２９】
トナー７はトナー攪拌部材３及びトナー補給部材２を介して現像ローラ１の表面に供給される。現像ローラ１上に供給されたトナーは、さらに、トナー層規制部材５によって所定量に薄層化され、現像ローラ１の回転によって感光体６へと搬送される。感光体６に接触（食い込み）している現像ローラ１には、電極を介して感光体６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（図示しない）が印加されている。現像ローラ１上のトナーが感光体６との接触部に搬送され、感光体電位と現像バイアスによる現像電界に応じて、帯電したトナーが感光体６に付着し静電潜像が可視像化される。なお、図１においては、トナー層厚規制部材５をブレードとしているが、ローラ規制方式（間欠回転、常時回転）をとることもできる。
【００３０】
図２に記載の現像装置の動作としては、トナーの帯電を現像剤１９の攪拌で行い、マグネットローラ１２の表面に磁力で付着した現像剤のトナー１７を、現像ローラ１１へバイアス電源１８から供給される供給バイアスによって、供給し、感光体１６上の静電潜像を現像する。
【００３１】
用いるトナー１７はポリエステル、ポリオール等の樹脂に帯電制御剤（ＣＣＡ）、色剤、低軟化点物質（ワックス）などを分散し溶融混合した後冷却固化し、これを微粉砕等してトナー粒子とし、これにシリカ、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。トナーは、従来の粉砕法の他、乳化重合法、懸濁重合法等の重合法により製造されるものである。
【００３２】
外添剤としては、前記のシリカ、酸化チタンの他に、例えば酸化アルミニウム、チタン酸ストロンチューム、酸化セリウム、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、カーボンブラック等を挙げることができる。
【００３３】
外添剤の粒径は通常０．１〜１．５μｍの範囲であり、添加量としては、トナー粒子１００重量部に対し、０．０１〜１０重量部が用いられ、好ましくは０．０５〜５重量部が用いられる。これらの外添剤は単独で用いてもあるいは、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。
【００３４】
トナーの色剤としては、カーボンブラック、フタロシアニンブルー、キナクリドン、カーミン等を挙げることができる。
【００３５】
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重量％程度添加することが好ましい。
【００３６】
トナーの体積平均粒径の範囲は３〜１２μｍが好適であるが、本実施例では約６．５μｍであり、１２００ｄｐｉ以上の高解像度の画像にも十分対応する事が可能である。
【００３７】
本発明で用いられる現像ローラは、図３に示すように、金属の芯金２１上にゴム層（導電性の弾性層）２２を形成し、トナー帯電性、耐摩耗性、トナー固着性等を考慮して、表面層２３が設けられている。
【００３８】
現像ローラの弾性層２２としては例えば、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、クロルプレンゴム、アクリルゴム及び、これらの混合物が挙げられる。さらにまた、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。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、加硫遅延剤等を用いることもできる。更にまた、上記以外にもゴム配合剤として一般に用いられている発泡剤、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、着色剤等を特性を損なわない範囲で添加することができる。
【００３９】
次に、このような現像ローラは電気特性特に、電気抵抗が重要であり、抵抗を調整するために、弾性層２２には種々の導電性材料、導電性付与材等が添加される。
【００４０】
導電性材料としては、粉体としては、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、インジュ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等が挙げられる。
【００４１】
また、導電性付与材としては、イオン導電性物質もあり、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸リチュウム、過塩素酸カルシウム、塩化リチュウム等の無機イオン性導電物質、更に、変性脂肪酸ジメチルアンモニウムエトサルファート、ステアリン酸リチュウムアセテート、ラウリルリチュウムアセテート、オクタデシルトリメチルリチュウム過塩素酸塩等の有機イオン性導電性物質がある。
【００４２】
本発明においては、弾性層２２の抵抗値は１０^３〜１０^９Ω・ｃｍとすることが望ましい。抵抗値が１０^３Ω・ｃｍ未満は、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、１０^９Ω・ｃｍを越えると、表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。
【００４３】
この弾性層２２の硬度は特に制限されるものではないが、現像ローラ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、望ましくは、２５゜〜４５゜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ため、使用できる材料が限定される。弾性層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望ましく、具体的には２０％以下とすることが望ましい。本発明で用いられる現像ローラは、感光体がドラムの場合に用いられる現像ローラに関してのものであり、そのため、低硬度である必要がある。
【００４４】
次に、現像ローラの表面層２３について述べると、表面層に求められる機能としては、トナー帯電性、トナー非固着性、耐摩耗性が挙げられ、これらを満足する材料としてはウレタン系樹脂が良く知られている。
【００４５】
本発明者は、数種のウレタン系材料（水系）を検討した結果、分子中にカルボキシル基を有する水系ウレタン樹脂をトリアジン系樹脂であるメラミン樹脂で架橋することにより、耐トナー性（固着性）が向上すると共に、トナー帯電性、耐摩耗性、機械的物性が向上することを見出した。トリアジン系樹脂は、熱硬化型であり、加熱されなければ、硬化反応が起こらないために、塗料のポットライフも長いという利点がある。硬化温度しては、１２０℃以上が望ましく、弾性層が劣化しない範囲で高温にすることが望ましい。
【００４６】
メラミン樹脂の添加量としては、ポリウレタン樹脂に対して、３〜８０重量％の範囲で添加することができる。メラミン樹脂は、分子構造中に窒素基を多く含有しているため、その添加量を増やすことによりトナー帯電性を高めることができる。
【００４７】
しかしながら、メラミン樹脂の添加量を増やしていくと、塗膜が硬くなるため、塗膜の物性を損なわない範囲で添加する必要がある。ポリウレタン樹脂に対しての添加量が３重量％未満では、トナー帯電量の向上及び、塗膜の物性を十分向上させることができない。８０重量％を超えて添加すると、ベース樹脂であるウレタン樹脂の物性を損ねてしまう。また、反応点以上に添加した場合においても、自己縮合するために、単量体で存在することはなく、そのため塗膜内部よりブリードすることはない。
【００４８】
本発明で用いられるメラミン樹脂は、化学式（１）に示すメラミンのモノマーをホルムアルデヒドと重縮合させた構造であり、Ｒ１〜Ｒ６にＨ、ＣＨ_２ＯＨ、ＣＨ_２ＯＣＨ_３を反応式（ｉ）に示す合成反応によって、種々の構造の異なるメラミンが得られ、その重合によって種々の樹脂が得られ、要求に応じ樹脂の物性を任意にコントロールできる。
【００４９】
【化１】

上記合成反応で得られるメラミンの分子式の例を（ｉ）に示す。
【００５０】
【化２】

【００５１】
シワの発生は弾性層の硬度にもより、ＪＩＳ−Ａ ４５°以上では収縮しにくいためシワは発生しないが、前述のように、感光体がドラムの場合には、ローラは低硬度でなければならず、収縮が大きくなるため、シワが発生しやすくなる。
【００５２】
硬化時の縮合反応によって収縮して発生するシワを防止するためには、置換基の数をコントロールすることが必要であり、そのことにより、シワは全く発生することなく、コーティングした後の表面性（平滑面）を維持できる。シワが発生しないようにするためには、Ｈが多い場合とＣＨ_２ＯＣＨ_３を少なくすることにより達成できることを本発明者は見出した。また、このような組成のメラミン樹脂の硬化反応を測定すると、メラミン樹脂だけでも硬化反応を起こす、すなわち、自己縮合性が高い樹脂であることがわかった。このため、表面層にはポリウレタン樹脂とメラミン樹脂との縮合架橋物とともに、メラミン樹脂の自己縮合生成物が存在することがあるが、このことは何等差支えない。
【００５３】
本発明で用いた水系ウレタン樹脂は、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グラフトし、アルカリ（アミン）で中和して水中に分散しているものである。このような塗料を、本発明で用いる現像ローラの表面層として使用するためには、塗料の導電化が必要であり、カーボンブラック等の導電剤を用いて導電化を行う。特にカーボンブラックを添加することにより色が黒になるため、輻射熱の吸収効率が高まるために、表面層を効率良く加熱させることができかつ、熱伝導性も良好なため、均一に硬化させることができる。
【００５４】
低電位現像（１５０Ｖ以下の現像ポテンシャルで飽和現像）を達成するためには、ローラの低抵抗化が必要であり、弾性層の抵抗より表面層の抵抗を低くして、ローラ全体の抵抗を低くする。そのために、塗料を低抵抗にする必要があり、塗装膜の抵抗（絶縁性基盤上）として、体積抵抗が１０^−３Ω・ｃｍ以下、表面抵抗が１０^−６Ω／□以下にすることにより、１５０Ｖ以下の飽和現像を達成できるローラ抵抗である、１０^−７Ω・ｃｍ以下（１Ｖ印加）を達成できることが分った。本発明においては、一般的な導電性カーボンを用いており、先記の抵抗を満足するためには、カーボンブラックの添加量としては、樹脂に対して、２５重量％以上添加することが必要であることが分った。
【００５５】
また、画像のドット再現性を良くし、濃度ムラをなくすためには、表面層の表面粗さがＲｚ３μｍ以下、うねりがＷｃＡ０．５μｍ以下が必要である。表面層は、例えばディッピング、スプレーコート、ロールコートなどの種々のコーティング方法により、弾性層上に形成する。
【００５６】
【実施例】
次に、実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。
弾性層の形成
接着剤を塗布したφ８ｍｍのＳＵＳ製芯軸の周囲に、カーボンブラックを分散したポリオールとイソシアネートを用いて１ショット法にてウレタンエラストマーの弾性層を形成した。その後、外径研削により、φ１６ｍｍに調整することで４ｍｍ厚の硬度３５°の弾性層を得た。この弾性層の表面粗さＲｚは５．８〜７．６μｍ、うねりはＷｃＡ０．３２〜０．４１μｍであった。
弾性層の体積抵抗：６．１×１０^６Ω・ｃｍ（測定方法は図４参照）
【００５７】
表面層はスプレーコート法にて行い、塗布後、加熱炉にて１３０℃、１時間、加熱硬化させて塗膜の形成を行った。膜厚は約２０μｍとした。下記表１に現像ローラ表面層に使用した樹脂のホルムアルデヒド付加数、メチロ−ル、メトキシメチル、イミノ各基数、自己縮合性と表面粗さ、うねり、シワ発生の関係を示した。
【００５８】
【表１】

【００５９】
ベース樹脂はアデカボンタイターＡＭ３６（旭電化工業社製）を用い、
シワの評価は目視で行った。
（○はシワの発生がない、×はシワの発生がある）
【００６０】
表面粗さ測定方法
表面粗さの測定は以下の方法による。
使用した表面粗さ計は、小坂研究所サーフコーダーＳＥ−３０Ｈであり、測定条件として、縦倍率を２０００倍、横倍率を２０倍、測定速度は、０．１ｍｍ／ｓｅｃ、測定長さ２．５ｍｍ、カットオフλｃ０．８ｍｍとした。
うねり測定条件には、縦倍率２０００倍、横倍率４倍、測定速度０．５ｍｍ／ｓｅｃ、測定長さ２５ｍｍ、ｆｈ０．８ｍｍ、ｆｌ２．５ｍｍとした。
測定子は、先端半径２μｍ、９０°円錐型のものを用い、測定力を０．７ｍＮ以下とした。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、トナーを担持して、回転しながら静電潜像の形成された感光体に接触もしくは近接して感光体表面にトナーを供給することによって、前記静電潜像を可視化するトナー担持体（現像ローラ）において、現像ローラは導電性の弾性層上に表面層を有した構造であり、その表面層が、分子内にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂と少なくとも１種のメラミン樹脂との縮合架橋物を主成分として形成されていることを特徴とする現像ローラにより、メラミン樹脂によりトナー帯電性が向上し、地汚れ、トナー飛散といった不具合を防止することができる。また、ウレタン樹脂の耐摩耗性のため、表面層の摩耗が少なく、トナー担持体の長寿命化を図ることができる。
【００６２】
請求項２の発明によれば、前記導電性の弾性層の硬度が、ローラの軸上硬度でＪＩＳ−Ａ ４５度以下であることを特徴とする請求項１に記載のトナー担持体により、感光体ドラムに十分なニップ幅を持って当接（食い込ませる）させることができる。感光体としては、ローラでもベルトでも使用が可能となる。
【００６３】
請求項３の発明によれば、前記導電性の弾性層の表面粗さより表面層形成後の表面粗さが小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載のトナー担持体により、弾性層は、研削加工等によって仕上げられているため、表面粗さが大きく、特に、ＪＩＳ−Ａ ４５度以下の低硬度の弾性層を用いた場合、弾性層の表面粗さを小さくすることが難しいのに対し、高画質にするためには、表面粗さを小さくする必要があり、塗料のレベリング性により、表面層の表面粗さを弾性層の表面粗さより小さくすることが可能となる。自己収縮性の強いメラミン樹脂を用いることにより、このことが達成され高画質が得られる。
【００６４】
請求項４の発明によれば、前記表面層形成後の表面粗さがＲｚ３μｍ以下、うねりがＷｃＡ０．５μｍ以下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トナー担持体により、ドット再現性が良くかつ、濃度ムラを発生させないことが可能となる。
【００６５】
請求項５の発明によれば、前記表面層にカーボンブラックが添加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トナー担持体により、高画質化のための低抵抗化が可能になる。色が黒になるため、輻射熱の吸収効率が高まり、表面層を効率良く加熱させることができかつ、熱伝導性も良好なため、均一に硬化させることができる。
【００６６】
請求項６の発明によれば、前記ポリウレタン樹脂が、水中に乳化分散されている水系エマルジョン樹脂を原材料とするものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のトナー担持体により、溶液が水であるため、塗料がレベリングし易く、ローラ表面を平滑にすることができ、水系塗料を用いることにより、ＶＯＣを低減することができ、塗装工程の作業環境が良くなるとともに、環境への負荷を低減するが可能となる。
【００６７】
請求項７によれば、前記メラミン樹脂の組成として、ホルムアルデヒド付加数が４個以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の現像ローラにより、自己縮合反応性が高くなり、自己縮合反応性は、架橋反応による縮合反応より収縮が小さいため、ローラ表面へのシワの発生が抑えられる。ウレタン樹脂との架橋と自己縮合のバランスが良くなるためローラ表面へのシワの発生を抑えることが可能となる。
【００６８】
請求項８の発明によれば、前記メラミン樹脂の組成として、イミノ基数が２個以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の現像ローラにより、自己縮合性が強くなるため、ローラ表面へシワの発生を抑えることが可能となる。特に、ＪＩＳ−Ａ ４５度以下の低硬度の弾性層を用いた場合、シワの発生が顕著になり（顕在化）、メラミン樹脂の組成を考慮することが必要になる。
【００６９】
請求項９の発明によれば、前記メラミン樹脂の組成として、メチロール基個数をＡ、メトキシメチル基数をＢとしたときにＡ＋Ｂ≧４であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のトナー担持体により、自己縮合性が強くなるために、トナー担持体表面へのシワの発生を抑えることが可能となる。特に、ＪＩＳ−Ａ ４５度以下の低硬度の弾性層を用いた場合、シワの発生が顕著になり（顕在化）、メラミン樹脂の組成を考慮することが必要になる。
【００７０】
請求項１０の発明によれば、前記メラミン樹脂を前記ポリウレタン樹脂に対して、３重量％以上８０重量％以下添加したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のトナー担持体により、トナー帯電性を付与しかつ、耐摩耗性、機械的強度をアップすることが可能となる。
【００７１】
請求項１２の発明によれば、分子内にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂と、少なくとも１種のメラミン樹脂からなる塗料材料を弾性体上に塗布し、１２０℃以上の温度雰囲気下でポリウレタン樹脂とメラミン樹脂を架橋反応させて表面層を形成したことを特徴とする請求項１〜１１に記載のトナー担持体の製造方法により、１２０℃以上の温度で、ウレタン樹脂のカルボン酸とメラミン樹脂の架橋反応をさせることが可能となる。架橋反応のために必要な熱エネルギー（活性化エネルギー）を得ることができる。
【００７２】
請求項１１及び１３の発明によれば、前記ポリウレタン樹脂とメラミン樹脂を架橋反応させて形成された表面層は前記弾性層の硬度に対応し、ポリウレタン樹脂に対してメラミン樹脂添加量を３重量％以上８０重量％以下添加とし、かつ、メラミンのイミノ基数が２個以下、メチロール基個数をＡ、メトキシメチル基数をＢとしたときにＡ＋Ｂ≧４にし、メラミンの置換基のＨを多くするか、またはＣＨ_２ＯＣＨ_３を少なくすることにより、表面に軸方向の波状シワ（凹凸）の発生を防止したことを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のトナー担持体又はその製造方法により、弾性層上に形成された表面層を造膜させるために、熱処理を行うと、収縮しやすい。特に、ＪＩＳ−Ａ ４５度以下の低硬度の弾性層を用いた場合、メラミン樹脂による縮合反応は、収縮を伴うために、ローラ経方向に収縮し軸方向にシワが発生しやすい。ところが、自己収縮性の強いメラミン樹脂を用いると、そのシワの発生を抑えることが可能となる。シワが発生すると、表面粗さ、うねりが大きくなるために、ドット再現性が悪くなったり、濃度ムラ（不均一）が発生する。従って、軸方向シワの発生がないトナー担持体が必要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の現像ローラを使用する画像形成装置の一例の概略構成図である。
【図２】本発明の現像ローラを使用する画像形成装置の他の一例の概略構成図である。
【図３】本発明の芯軸上に弾性層、表面層を有するトナー担持体の断面図である。
【図４】本発明の現像ローラのローラ抵抗を測定する測定器の構成説明図である
【図５】本発明の様式のローラに発生し易いシワの発生状況を説明する模式図である。（図１において）
【符号の説明】
１ 現像ローラ
２ 補給ローラ
３ トナー攪拌部材
４ ケース
５ トナー層形成部材
６ 感光体
７ トナー
８ バイアス電源
（図２において）
１１ 現像ローラ
１２ マグネットローラ
１３ 現像剤攪拌部材
１４ ケース
１５ 現像剤量規制部材
１６ 感光体
１７ トナー
１８ バイアス電源
１８’ バイアス
１９ 現像剤（キャリア、トナー）
（図３において）
２１ 芯軸
２２ 弾性層
２３ 表面層
（図４において）
２２ 弾性層
３０ 電極
（図５において）
２１ 芯金
２２ 弾性層
２３ 表面層
２４ シワ

Claims (13)

1. トナーを担持して、回転しながら静電潜像の形成された像担持体に接触もしくは近接して像担持体表面にトナーを供給することによって、静電潜像を可視化するトナー担持体において、
   トナー担持体は導電性の弾性層上に表面層を有した構造であり、その表面層が、分子内にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂と少なくとも１種のメラミン樹脂との縮合架橋物を主成分として形成されていることを特徴とするトナー担持体。
2. 前記導電性の弾性層の硬度が、トナー担持体上硬度でＪＩＳ−Ａ ４５度以下であることを特徴とする請求項１に記載のトナー担持体。
3. 前記導電性の弾性層の表面粗さより表面層の表面粗さが小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載のトナー担持体。
4. 前記表面層の表面粗さがＲｚ３μｍ以下、うねりがＷｃａ０．５μｍ以下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トナー担持体。
5. 前記表面層にカーボンブラックが添加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トナー担持体。
6. 前記ポリウレタン樹脂が、水中に乳化分散されている水系エマルジョン樹脂を原材料とするものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のトナー担持体。
7. 前記メラミン樹脂の組成として、ホルムアルデヒド付加数が４個以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のトナー担持体。
8. 前記メラミン樹脂の組成として、イミノ基数が２個以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のトナー担持体。
9. 前記メラミン樹脂の組成として、メチロール基個数をＡ、メトキシメチル基数をＢとしたときにＡ＋Ｂ≧４であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のトナー担持体。
10. 前記メラミン樹脂を前記ポリウレタン樹脂に対して、３重量％以上８０重量％以下添加したことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のトナー担持体。
11. 前記ポリウレタン樹脂とメラミン樹脂とを架橋反応させて形成された表面層は、前記ポリウレタン樹脂に対してメラミン樹脂添加量を３重量％以上８０重量％以下添加とし、かつ、メラミンのイミノ基数が２個以下、メチロール基個数をＡ、メトキシメチル基数をＢとしたときにＡ＋Ｂ≧４にし、メラミンの置換基のＨを多くするか、またはＣＨ_２ＯＣＨ_３を少なくすることにより、表面に軸方向の波状シワ（凹凸）の発生を防止したことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のトナー担持体。
12. 分子内にカルボキシル基を有するポリウレタン樹脂と、少なくとも１種のメラミン樹脂からなる塗料材料を弾性体上に塗布し、１２０℃以上の温度雰囲気下でポリウレタン樹脂とメラミン樹脂とを架橋反応させて表面層を形成することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のトナー担持体の製造方法。
13. 前記ポリウレタン樹脂とメラミン樹脂とを架橋反応させて形成される表面層は、前記ポリウレタン樹脂に対してメラミン樹脂添加量を３重量％以上８０重量％以下添加とし、かつ、メラミンのイミノ基数が２個以下、メチロール基個数をＡ、メトキシメチル基数をＢとしたときにＡ＋Ｂ≧４にし、メラミンの置換基のＨを多くするか、またはＣＨ_２ＯＣＨ_３を少なくすることにより、表面に軸方向の波状シワ（凹凸）の発生を防止することを特徴する請求項１２記載のトナー担持体の製造方法。

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