JP2005300707A - 半導電性ローラ製造方法、半導電性ローラ及びこれを用いた現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子写真方式に用いられる半導電性ローラにおいて、ローラ表面の粗さを制御する目的で添加される微粒子の分散液中での沈降と、連続的に浸漬塗工した際の表面粗さ低下を改善し、安定した性能の半導電性ローラを得ることにある。
【解決手段】 半導電性ローラ表面層形成用分散液において、最初の工程としてローラ表面の粗さを制御する目的で添加される微粒子と樹脂成分を、高固形分で混合または分散し、浸漬塗工する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複写機、プリンターあるいはファクシミリの受信装置など電子写真方式を採用した装置に組み込まれる感光体に接触させて使用される半導電性ローラおよびこれを用いた現像装置に関するものである。

複写機やファクシミリ、プリンター等の電子写真装置には、感光体を帯電させたり、静電潜像を顕像化するため、１０３〜１０１０Ωの半導電性領域でその目的にあった導電性（電気抵抗）を有する弾性ローラが一般に用いられている。たとえば、一成分現像方式の電子写真装置では、互いに圧接されている現像ローラから感光体（ドラム）へ現像剤（トナー）を移動させて静電潜像を顕像化し、現像が成される。このような電子写真装置に用いられる弾性ローラはより高いレベルの要求品質を満たした半導電性ローラにするために、導電性ゴム層上に単または複数の樹脂層を形成した構成の半導電性ローラが多く用いられる。さらにこの樹脂層を形成する手法としては浸漬（ディップ）、スプレー、ロールコート等が一般的である（特開２００２−０５５５２２号公報）。

前述のような複数の層構成からなる半導電性ローラの表面層の形成手段として、簡便性、生産性やコスト等の点から表面層分散液を調整し、浸漬（ディップ）塗工する手法が多く用いられる。電子写真方式に用いられる導電性ローラは、特性上表面の粗さが必要とされることが多く、その表面層形成用分散液にはローラ表面の表面粗さを制御するための微粒子が添加される。このような分散液は微粒子の沈降や、またそれに起因する連続的に浸漬塗工した際の表面粗さの低下が起こり、生産上の課題となっている。

本発明者らはこのような微粒子の沈降や表面粗さ低下を抑制し、半導電性ローラの表面層に要求される特性を満たした製品を提供するため鋭意研究、検討を重ねてきた。その結果表面層構成樹脂溶と、液半導電性ローラの表面層の表面粗さを制御する目的で添加される微粒子を固形分１００〜２０質量％で混合または分散し、この分散液を用いて浸漬塗工することにより上記課題を克服し、長時間に及ぶ連側的な浸漬塗工においても安定した表面粗さが得られた。

すなわち本発明の半導電性ローラは、軸体の周囲に弾性層を有しその外周に導電性樹脂層を配置した半導電性ローラにおいて、その表層塗料の製造の際、樹脂成分と粗し粒子成分を固形分１００〜２０質量％で混合または分散した塗料を用いて浸漬塗工することを特徴とする。

また本発明による現像装置は、潜像を担持する潜像担持体に対向した状態で現像剤担持する現像ローラを備え、該現像ローラが上記潜像担持体に現像剤を付与することにより該潜像を現像剤像として可視化する現像装置において現像ローラとして上記現像ローラを用いるものである。

ゴムを主成分とする弾性層は、主にシリコーンゴムからなることが望ましい。さらに、前記導電性表面層が、主にウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂からなることが望ましい。

本発明の現像口一ラ１は、図１、２に示すように、円柱状または中空円筒状の導電性軸芯体１１外周面に弾性層１２が固定され、この弾性層１２の外周面に導電性表面層１３が積層された導電性部材から構成される。図２では、この導電性樹脂表面層が最表面層であるが、弾性層１２の内周、弾性層１２と表面層１３の間、または表面層１３の外周に、さらに弾性体または表面層を１層以上積層させてもよい。前記導電性軸芯体１１は、導電性部材の電極および支持部材として機能するもので、例えばアルミニウム、銅合金、ステンレス鋼等の金属または合金、クロム、ニッケル等で鍍金処理を施した鉄、合成樹脂などの導電性の材質で構成される。導電性基体の外径は通常４〜１０ｍｍの範囲にある。

弾性層１２は、導電性部材が適切なニップ幅ないしニップ圧でもって被帯電体表面に押圧して被帯電体表面を均一に帯電できるよう、適切な硬度および電気抵抗値を有する。この弾性層は、ゴム材の成型体により形成される。上記原料ゴムとしては、従来より導電性ゴムローラに用いられている種々のゴムを用いることができる。具体的には、エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（ＥＰＤＭ）、アクリルニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、フッ素ゴム、シリコーンゴム、エピクロロヒドリンゴム、ＮＢＲの水素化物、多硫化ゴム、ウレタンゴム等のゴムを単独であるいは２種以上を混合して用いることができる。

特にシリコーンゴムを弾性層１２として用いることが好ましい。優れたセット性能が得られるからである。シリコーンゴムとしては、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルトリフルオロプロピルシロキサン、ポリメチルビニルシロキサン、ポリトリフルオロプロピルビニルシロキサン、ポリメチルフェニルシロキサン、ポリフェニルビニルシロキサン、これらポリシロキサンの共重合体等が挙げられる。これらのシリコーンゴムの平均重合度は、３０００〜１５０００の範囲にあることが好ましい。

ゴム材中には、導電剤を必須成分とし、非導電性充填剤、架橋剤、触媒、分散促進剤等の各種添加剤が適宜配合される。

導電剤としては、カーボンブラック、グラファイト、アルミニウム、銅、錫、ステンレス鋼等の各種導電性金属または合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化チタン、酸化錫一酸化アンチモン固溶体、酸化錫一酸化インジウム固溶体等の各種導電性金属酸化物、これらの導電性材料で被膜された絶縁性物質などの微粉末を用いることができる。このうち、カーボンブラックが、比較的容易に入手でき良好な帯電性が得られる。分散手段としては、ロールニーダー、バンバリーミキサー、ボールミル、サンドグラインダー、ペイントシェーカー等を適宜利用すればよい。

非導電性充填剤としては、珪藻土、石英粉末、乾式シリカ、湿式シリカ、酸化チタン、酸化亜鉛、アルミノケイ酸、炭酸カルシウム等が挙げられる。架橋剤としては、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、２、５−ジメチル−２、５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、ジクミルパーオキサイド、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、Ｐ−クロロベンゾイルパーオキサイド等が挙げられる。

導電性弾性層の体積固有抵抗値は、１００Ｖの直流電圧印加時で１０３〜１０１０Ω・ｃｍの範囲にあることが好ましい。例えば、導電剤としてカーボンブラックを用いる場合は、ゴム材に対して５〜１００質量％配合される。また、弾性層の厚さは０．５〜６．０ｍｍの範囲にあればよく、１．０〜５．０ｍｍの範囲にあることが好ましい。

前記表面層１３を形成する成分としては、自己膜補強性、トナー帯電性等の観点から特にウレタン樹脂、ポリエステル樹脂またはポリエーテル樹脂等が好ましい。
ウレタン樹脂としては、例えばカーボンブラックをポリウレタンプレポリマー中に配合し、プレポリマーを架橋反応させる方法で得たものや、ポリオールに導電性材料を配合し、このポリオールをワン・ショット法にてポリイソシアネー卜と反応させる方法で得たものなどがあげられる。

この場合、ポリウレタンを得る際に用いられるポリヒドロキシル化合物としては、一般の軟質ポリウレタンフォームやウレタンエラストマー製造に用いられるポリオール、例えば、末端にポリヒドロキシル基を有するポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、及び両者の共重合物であるポリエーテルポリエステルポリオールが挙げられるほか、ポリブタジエンポリオールやポリイソプレンポリオール等のポリオレフィンポリオール、ポリオール中でエチレン性不飽和単量体を重合させて得られる所謂ポリマーポリオール等の一般的なポリオールを使用することができる。また、イソシアネート化合物としては、同様に一般的な軟質ポリウレタンフォームやウレタンエラストマー製造に使用されるポリイソシアネート、即ち、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、粗製ＴＤＩ、４、４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、粗製ＭＤＩ、炭素数２〜１８の脂肪族ポリイソシアネート、炭素数４〜１５の脂環式ポリイソシアネート及びこれらポリイソシアネートの混合物や変性物、例えば部分的にポリオール類と反応させて得られるプレポリマー等が用いられる。特に弾性層を低硬度化する目的でポリイソシアネートの混合比率を低くしてもよい。

ウレタン樹脂や、ポリエステル樹脂またはポリエーテル樹脂、および他の変性樹脂の１種又は２種以上を混合して用いることもでき、現像を行うシステムに応じて適宜選択して用いることにより、その現像システムに適したトナー帯電量を得ることができる。

前記樹脂層１３に添加されるカーボンブラックは、ゴムに導電性を付与するために配合されるものである。

また、前記表面層に添加するカーボンブラックは、前記表面層を形成する樹脂１００質量％に対して、５〜８５質量％であることが望ましい。さらに、樹脂層の膜厚が、０．１〜１００μｍであることが望ましい。本発明に用いられるカーボンブラックの平均粒径は、特に制限はないが、溶液における分散性と安定性の点から、ＤＢＰ吸油量／窒素比表面積比により制限される。ＤＢＰ吸油量／窒素比表面積の比は、カーボンブラックの表面積当たりの吸油量を示し、ストラクチャーの発達度合いを示す指標であり、この比が大きいほど、樹脂層の補強効果が大きく、また樹脂層の導電性を高める。

また、本発明においては、ゴムの導電性を調整するために、上記カーボンブラックのほかに、本発明の効果に影響を及ぼさない範囲で金属酸化物やグラファイト等を配合してもよい。導電剤としては、弾性層に含有させる導電剤としてあげたものを用いることができる。

弾性層１２と表面層１３との接着性改良のために、表面層１３にアミノ基を有するシランカップリング剤を添加してもよい。シランカップリング剤としては、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、メチルアミノエトキシプロピルジアルコキシシラン等があげられる。

ローラ表面の粗さ制御のために添加される微粒子としては、平均粒子径が８〜３０μｍであることが好ましい。ここで、本発明における平均粒子径とは体積平均粒子径であり、島津製作所製ＳＡＬＤ−７０００−ＷＪＡ１を用い、４回測定の平均値を平均粒子径とした。また、表面層に添加する粒子添加量が、表面層の樹脂固形分１００質量％に対し、１〜５０質量％であることが好ましい。

さらに、粗さ制御用微粒子の成分としてはポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等を用いることができる。

半導電性ローラ表面層の塗工方法として、浸漬、スプレー、ロールコート等が可能であるが、浸漬塗工すなわち、特開昭５７−５０４７号公報に記載されているような浸漬槽上端から塗料をオーバーフローさせる方法は、ローラ表面層を形成する方法として簡便で生産安定性やコスト面に優れ、好ましい。

図３は浸漬塗工装置の概略図である。Ｄ１は円筒形の浸漬槽であり、ローラ外径よりわずかに大きな内径を有し、ローラの軸方向長さより大きな深さを有している。浸漬槽Ｄ１の上縁外周には環状の液受け部が設けられており、撹拌タンクＤ２と接続されている。また浸漬槽Ｄ１の底部は撹拌タンクＤ２と接続されている。

撹拌タンクＤ２の塗料は、液送ポンプＤ３によって浸漬槽Ｄ１の底部に送り込まれる。浸漬槽の上端部からは、塗料がオーバーフローしており、浸漬槽Ｄ１の上縁外周の液受け部を介して撹拌タンクＤ２に戻る。

以上のように軸芯体の周囲に弾性層を有しその外周に導電性表面層を配置した半導電性ローラの製造方法において、表面層形成用分散液が、表面層を構成する基体樹脂成分と微粒子成分を固形分１００〜２０質量％で混合、または分散する第一工程と硬化剤、希釈溶剤を添加する第二工程を設け、この分散液を用い浸漬塗工することで、安定した表面粗さを持つ半導電性ロールが得られる。

（実施例）

軸芯体１１としてＳＵＳ製の芯金にニッケルメッキを施し、さらに接着剤を塗布、焼付けしたものを用いた。ついで、軸芯体１１を金型に配置し、液状シリコーンゴム材料（２５℃における粘度が１００００Ｐａ・ｓの末端ビニル基封鎖の直鎖状ポリジメチルシロキサン４０質量％と、２５℃における粘度が３５Ｐａ・ｓであり１つのビニル基を有する分岐ポリシロキサンセグメントと、二官能性のジメチルシロキサンを約２００個連続して有する直鎖状オイルセグメントとからなるブロックポリマー６０質量％とからなるポリシロキサン混合物に、架橋剤として１分子中にケイ素結合水素原子を２個以上有したオルガノシロキサンと白金系触媒を加え、無機微粉体である耐熱性付与剤としてシリカ粉体を０．１質量％、導電性付与剤としてカーボンブラックを３０質量％、混合した付加型シリコーンゴム組成物）を金型内に形成されたキャビティに注入した。続いて、金型を加熱してシリコーンゴムを加硫硬化し、冷却した後に脱型することで、弾性層１２を軸芯体１１の外周に設けた。

樹脂成分（商品名：デスモフェン１１４０・・・住化バイエルウレタン製）に対し、粗し粒子（アートパールＣ４００・・・根上工業製）を樹脂成分に対し２０質量％加え、撹拌モーターで３０分撹拌した。さらに硬化剤（デスモジュールＢＬ１１００・・・住化バイエルウレタン製）を樹脂成分に対し１５質量％、カーボンブラック（商品名：トーカブラック＃７３６０ＳＢ・・・東海カーボン製）を樹脂成分に対し３０質量％添加し、総固形分を２０％となるようメチルエチルケトンで調整した液を十分に攪拌し、実施例１の表層塗料を得た。

粗し粒子と混合する際の樹脂成分の固形分を６０質量％となるようメチルエチルケトンで調整した。

それ以外は実施例１と同様にして表層塗料を得た。

粗し粒子と混合する際の樹脂成分の固形分を４０質量％なるようメチルエチルケトンで調整した。

それ以外は実施例１と同様にして表層塗料を得た。

粗し粒子と混合する際の樹脂成分の固形分を２０質量％となるようメチルエチルケトンで調整した。

それ以外は実施例１と同様にして表層塗料を得た。

（比較例１）
粗し粒子と混合する際の樹脂成分の固形分を１５質量％となるようメチルエチルケトンで調整した。

それ以外は実施例１と同様にして表層塗料を得た。

（比較例２）
樹脂成分（商品名：デスモフェン１１４０・・・住化バイエルウレタン製）１００質量％、粗し粒子（アートパールＣ４００・・・根上工業製）を樹脂成分に対し２０質量％、硬化剤（デスモジュールＢＬ１１００・・・住化バイエルウレタン製）を樹脂成分に対し１５質量％、カーボンブラック（商品名：トーカブラック＃７３６０ＳＢ・・・東海カーボン製）を樹脂成分に対し３０質量％添加し、総固形分を２０％となるようメチルエチルケトンで調整した液を十分に攪拌し、比較例２の表層塗料を得た。

次に実施例及び比較例の表層塗料を、それぞれ前述の浸漬塗工により、連続して１０分おきに１本、合計５０本を浸漬塗工し、引き上げて乾燥させ、１４０℃にて２時間加熱処理することで、樹脂層１３を弾性体層１２の外周に設け、種々の現像ローラを得た。

以上により作製した現像ローラの表面粗さを、接触式表面粗さ計（製品名：サーフコム４８０Ａ、東京精密製）を用いて測定した。測定条件としては、半径２μｍの触針を用い、押し付け圧０．７ｍＮ、測定速度０．３ｍｍ／ｓｅｃ、測定倍率５０００倍、カットオフ波長０．８ｍｍ、測定長さ２．５ｍｍで行い、周方向３点、軸方向３点、合計９点の平均値を粗さ測定値とした。

ここで、本発明における表面粗さとは、十点平均粗さＲｚｊｉｓであり、ＪＩＳＢ０６０１−１９８２に準拠した値を示す。

その結果を表１に示した。

分散液配合の段階で、粗さ制御用微粒子と樹脂成分を高固形分で混合した実施例１〜４は、連続塗工の本数が増加しても表面粗さの低下が認められないのに対し、混合時の固形分が低い比較例１及び全ての原料成分を同時に混合した比較例２は塗工本数の増加に伴い表面粗さの低下が著しい。

本発明の一例として示す現像ローラの概念図。 図１の断面の概念図。 浸漬塗工装置の一例を示す概念図。 本発明の電子写真画像形成装置の一例を示す概念図。

符号の説明

１ 現像ローラ
１１ 軸芯体
１２ 弾性層
１３ 表面層
Ｄ１ 浸漬槽
Ｄ２ 撹拌タンク
Ｄ３ 液送ポンプ
２１ 感光ドラム
２２ 帯電装置
２３ レーザー光
２４ 現像装置
２５ 現像ローラ
２６ 弾性ローラ
２７ 弾性ブレード
２８ トナー
２９ 転写ローラ
３０ クリーニングブレード
３１ 廃トナー容器
３２ 定着装置
３３ 紙
３４ 現像容器

Claims (8)

1. 軸芯体の周囲に弾性層を有し、その外周に導電性表面層を配置した半導電性ローラの製造方法において、該表面層形成用分散液が、表面層を構成する基体樹脂成分と、ローラ表面の粗さ制御のため添加される微粒子成分を固形分１００〜２０質量％で混合、または分散する第一工程と、硬化剤、希釈溶剤を添加する第二工程を有することを特徴とする半導電性ローラ製造方法。
2. 請求項１の表面層形成用分散液を用い、浸漬塗工することを特徴とする半導電性ローラ製造方法。
3. 前記微粒子の平均粒子径が８〜３０μｍであることを特徴とする請求項１、２記載の半導電性ローラ製造方法。
4. 前記微粒子の添加量が表面層ベース樹脂１００質量％に対して１〜５０質量％であることを特徴とする請求項１〜３記載の半導電性ローラ製造方法。
5. 表面層の導電性樹脂層がウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂のうち少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１〜４記載の半導電性ローラ製造方法。
6. 請求項１〜５記載の半導電性ローラが現像ローラであることを特徴とする半導電性ローラ製造方法。
7. 請求項１〜６記載の方法を用いて形成されていることを特徴とする半導電性ローラ。
8. 潜像を担持する潜像担持体に対向した状態で現像剤担持する現像ローラを備え、該現像ローラが上記潜像担持体に現像剤を付与することにより、該潜像を現像剤像として可視化する現像装置において用いられる現像ローラが請求項７であることを特徴とする現像装置。

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