JP2005316144A - Conductive roller for electrophotography - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子写真用導電性ローラに関する。 The present invention relates to an electrophotographic conductive roller.
従来、プリンタ・複写機等の電子写真装置における潜像の現像方式の1つとして、例えば特許文献1や特許文献2に開示されている、一成分現像方式が知られ、この中で、導電性(弾性体)ローラを使用した現像方法が開示されている。
Conventionally, as one of latent image developing methods in electrophotographic apparatuses such as printers and copiers, for example, a one-component developing method disclosed in
画像形成工程においては画像形成体を接触式の帯電ローラを用いて、画像形成体表面に電荷を生じさせる。このようにして生じた電荷のうち一部を除電することで、該画像形成体表面には静電潜像が形成される。 In the image forming process, an electric charge is generated on the surface of the image forming body using a contact-type charging roller. An electrostatic latent image is formed on the surface of the image forming body by neutralizing a part of the generated charges.
トナーは、画像形成体上に現像ローラを用いて搬送される。表面にトナーが担持された状態で現像ローラを画像形成体表面に接触又は近接させることにより、静電潜像が現像される。 The toner is conveyed onto the image forming body using a developing roller. The electrostatic latent image is developed by bringing the developing roller into contact with or close to the surface of the image forming body while the toner is carried on the surface.
これらの工程で用いられる導電性ローラには、画像形成体に均一の電荷を供給、或いはトナーをムラなく画像形成体上で現像させる必要があり、このため導電性ローラと画像形成体との間には、常に安定した所定の放電領域あるいは現像領域をもって接触又は近接していることが求められる。さらに現像ローラの場合には、その表面に層厚規制部材を均一に当接させる必要があり、これによってトナーが薄層化して均一にローラ表面に担持されていく。 For the conductive roller used in these steps, it is necessary to supply a uniform charge to the image forming body or to develop the toner on the image forming body without unevenness. In this case, it is required to always be in contact with or in close proximity with a predetermined discharge area or development area that is stable. Further, in the case of the developing roller, it is necessary to uniformly bring the layer thickness regulating member into contact with the surface thereof, so that the toner is thinned and is uniformly carried on the roller surface.
均一な帯電およびトナーによる現像のためには安定した物理特性が不可欠であり、それが欠如するとローラピッチの濃度ムラ等、様々な画像不良が引き起こされる。このため導電性ローラが満たすべき物理特性として、従来様々な提案がなされてきている。代表的な管理特性の一つとして、例えば特許文献3に、ローラ抵抗を管理することが開示されている。
Stable physical properties are indispensable for uniform charging and development with toner, and lack of them causes various image defects such as uneven density of the roller pitch. For this reason, various proposals have conventionally been made as physical characteristics to be satisfied by the conductive roller. As one of typical management characteristics, for example,
しかしながら近年における電子写真装置の高速化、画質の高品位化等の著しい進歩により、導電性ローラに要求される特性はさらに高度なものとなり、特許文献3に見られる、ローラの抵抗の大きさを管理するだけでは、電子写真装置の高速化、画質の高品位化等の要求を満たすことが厳しくなりつつある。電子写真装置の高速化、画質の高品位化等の要求を満たすために、抵抗の大きさだけで品質を保つことを目指しても、抵抗の大きさの制限がきつくなり過ぎ、実用的でなくなってしまうレベルに達している。
However, due to remarkable progress in recent years such as speeding up of electrophotographic apparatuses and higher quality of image quality, the characteristics required of conductive rollers have become more advanced, and the resistance of the rollers found in
更に、ローラの劣化による特性の変化まで考慮すれば、初期の抵抗の大きさを管理しても、多数の画像を出力しているうちに出力画像に局所的な濃度ムラが発生するような場合さえも存在する。 In addition, considering the change in characteristics due to roller deterioration, even if the initial resistance is controlled, local density unevenness may occur in the output image while many images are being output. Even exist.
近年の導電性ローラはこの困難な課題を完全に解決したものが求められているが、導電性ローラの製造効率・コスト及び劣化による特性変化を考え合わせると抵抗の大きさのみの管理による課題解決は至難である。従って、導電性ローラの要求特性は劣化の影響をも考慮に入れた上でなるべく過剰な制限の無い形に見直された上で製品に盛り込まれるべきであり、そのためにさらなる工夫が不可欠であるものと思われた。
以上の状況を鑑み、本発明の目的は、継続使用による劣化によっても出力画像に濃度ムラの発生しにくい、優れた抵抗特性をもつ導電性ローラを提供することにある。より具体的には、主としてローラ表面への紙粉やトナー等の付着によって起こる極度の抵抗変化によっても出力画像に濃度ムラを発生しないような、導電性ローラを提供することにある。 In view of the above situation, an object of the present invention is to provide a conductive roller having excellent resistance characteristics that is less likely to cause density unevenness in an output image even by deterioration due to continuous use. More specifically, it is an object of the present invention to provide a conductive roller that does not cause density unevenness in an output image due to an extreme resistance change mainly caused by adhesion of paper dust or toner to the roller surface.
本発明は、半径rの電子写真用導電性ローラを幅2cmの単数又は複数の電極を有する仮想ドラム上に一定圧力で接触させ、一定周期(n回/秒)で回転させた時に測定されたローラ数回転分の電流の平均値を電流値I(μA)とし、前記電流の変動分である電流ゆらぎを周波数変換し、得られた周波数波形を全周波数領域に渡って積分して得られる全周波数成分の総和をS1とし、さらに同様の積分による、周波数3nr/8〜3nr/4Hzの成分の和をS2としたときに、(S2/S1)/I≦3.0を満たす事を特徴とする電子写真用導電性ローラである。
The present invention was measured when an electrophotographic conductive roller having a radius r was brought into contact with a virtual drum having one or more electrodes having a width of 2 cm at a constant pressure and rotated at a constant period (n times / second). The average value of the current corresponding to the number of rotations of the roller is defined as a current value I (μA), the current fluctuation corresponding to the fluctuation of the current is subjected to frequency conversion, and the obtained frequency waveform is integrated over the entire frequency range. The sum of the frequency components is S1, and when the sum of the components of
上記の条件を満足することで、継続使用による劣化に耐え、出力画像に濃度ムラを生じず且つ最大の生産効率で製造できることを知見した。 It has been found that, by satisfying the above conditions, it can withstand deterioration due to continuous use, does not cause density unevenness in the output image, and can be manufactured with maximum production efficiency.
電流ゆらぎの特性と電流値とを合成した特性が適切に調整されるならば、継続した使用によっても容易には画像特性が劣化しない、局所的な濃度ムラの極めて発生し難い優れた電子写真用導電性ローラを得ることが出来る。 If the combined characteristics of current fluctuation and current value are adjusted appropriately, the image characteristics will not deteriorate easily even with continued use. A conductive roller can be obtained.
本発明者らは上記の課題を解決すべく、検討を進めてきた。検討の結果、抵抗の上下限を指定する方法では、性能を追求すると最適範囲の幅が狭くなり過ぎて達成困難となる一方、劣化まで考慮すると必ずしも充分な条件を設定できる訳ではないことが判明した。 The inventors of the present invention have been studied to solve the above problems. As a result of investigation, it became clear that the method of specifying the upper and lower limits of resistance makes it difficult to achieve the optimum range when pursuing performance, but it is not always possible to set sufficient conditions when considering deterioration. did.
本発明の目的は、初期における画像特性のみならず、劣化による濃度ムラ、すなわちローラ表面の部分において紙粉やトナー等の付着物が生じた結果もたらされる出力画像のムラの抑制にある。従ってローラ表面への紙粉やトナー等の付着ムラの発生し易さが物理的に過不足なく予測できるものでなければならない。 An object of the present invention is to suppress not only image characteristics at the initial stage but also density unevenness due to deterioration, that is, unevenness of an output image caused as a result of deposits such as paper dust and toner on the roller surface. Therefore, the ease of occurrence of unevenness of adhesion of paper dust, toner, etc. to the roller surface must be able to be predicted without physical excess or deficiency.
付着物によって変化したローラ表面の状態の違いが出力画像において決定的な濃度の差として認識されると本発明者らは考え、さらに検討を進めた結果、使用前の導電性ローラが有する抵抗に応じた一定範囲内の抵抗ムラしか局在していなければ、前述した濃度ムラを避けられることが判明した。 The present inventors consider that the difference in the state of the roller surface changed by the deposit is recognized as a definite density difference in the output image, and as a result of further investigation, the resistance of the conductive roller before use is reduced. It has been found that the density unevenness described above can be avoided if only the resistance unevenness within a certain range is localized.
局所的に抵抗が高い領域が存在するとその部分に電荷が溜まり易くなり、帯電した紙粉やトナー等はより付着し易くなる。部分的にまとまった量の付着が起きると、付着が起きた部分はさらに高抵抗化し、より付着が促進される。周辺部も同様の付着により抵抗の上昇が見られるが、最も抵抗の高い部分との抵抗差は却って拡大する。それによって付着量の差はより増大していき、遂には画像形成体への帯電やトナーによる静電潜像の現像が均一に行われなくなる。 If a region having a high resistance exists locally, electric charges are likely to accumulate in the region, and charged paper powder, toner, and the like are more likely to adhere. When a partial amount of adhesion occurs, the portion where the adhesion occurs further increases in resistance, and the adhesion is further promoted. The peripheral portion also shows an increase in resistance due to the same adhesion, but the resistance difference with the portion with the highest resistance increases on the contrary. As a result, the difference in the adhesion amount further increases, and finally, the electrostatic charge image on the image forming body and the development of the electrostatic latent image with the toner are not uniformly performed.
このような現象が生じる境界を定量的に把握した上で導電性ローラを設計すれば、作られるローラは継続使用による劣化に耐え、出力画像に濃度ムラを生じず且つ最大の生産効率で製造できるものとなることを見出した。 If the conductive roller is designed after quantitatively grasping the boundary where such a phenomenon occurs, the produced roller can withstand deterioration due to continuous use, and the output image can be manufactured with maximum production efficiency without causing density unevenness. I found out that it would be something.
図1は、本実施の形態の電子写真用導電性ローラを測定する原理図である。実際の測定にあたっては抵抗の局所ムラを調べるためにローラの軸方向に分割された仮想ドラムを用いねばならないが、簡便に説明を行うため全面にわたって導体からなる仮想ドラムを用いている。 FIG. 1 is a principle diagram for measuring the electrophotographic conductive roller of this embodiment. In actual measurement, a virtual drum divided in the axial direction of the roller must be used in order to examine local unevenness of resistance, but a virtual drum made of a conductor is used over the entire surface for simple explanation.
図1(a)は、電子写真用導電性ローラ(以下、ローラあるいは導電性ローラと略記する場合がある)の抵抗を測定する測定装置の概念図である。電子写真用導電性ローラが仮想ドラム(導体)に接触するように配置された後、一定の加重が電子写真用導電性ローラの両端に露出している金属の軸心体に加えられる。電子写真用導電性ローラの金属の軸心体と仮想ドラム(導体)との間に定電圧電源と電流計とが直列に配置されている。この状態でローラが回転するとローラの抵抗が全周にわたって均一な場合、図1(b)の直線のように一定の電流が観測される。しかしながら実際にはローラの抵抗は均一でない為に電流は点線で示すようにゆらぎを示す。図1(c)は、図1(a)のA−A’断面である。図1(c)からわかるように電流は、ある時刻のローラが仮想ドラムと接触する斜線部の抵抗を測定している。つまり周期性を持った電流のゆらぎは、ローラの周方向抵抗ムラを示すことに他ならない。 FIG. 1A is a conceptual diagram of a measuring apparatus that measures the resistance of a conductive roller for electrophotography (hereinafter sometimes abbreviated as a roller or a conductive roller). After the electrophotographic conductive roller is disposed so as to contact the virtual drum (conductor), a certain weight is applied to the metal shaft core exposed at both ends of the electrophotographic conductive roller. A constant voltage power source and an ammeter are arranged in series between the metal shaft body of the electrophotographic conductive roller and the virtual drum (conductor). When the roller rotates in this state, if the roller resistance is uniform over the entire circumference, a constant current is observed as shown by the straight line in FIG. However, in reality, the resistance of the roller is not uniform, so the current fluctuates as shown by the dotted line. FIG. 1C is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. As can be seen from FIG. 1C, the current measures the resistance of the shaded portion where the roller at a certain time contacts the virtual drum. That is, the fluctuation of the current having periodicity is nothing but the circumferential resistance unevenness of the roller.
導電性ローラに局在的な抵抗のムラがある場合には、大きな電流ゆらぎが観測される。付着物は、抵抗の大きいところにより多く付着すると考えられる。しかしながら、電流ゆらぎの周期がローラの全周に及ぶなだらかなものであれば視覚的に濃度ムラとして認識できるほどの急峻な付着量の変動を生じない。また逆に、電流ゆらぎの周期が小さければ概ね抵抗ムラの大きさとしては小さくなり、濃度差として現れ難くなると思われる。 When the conductive roller has localized resistance unevenness, large current fluctuation is observed. It is considered that the deposits adhere more to the places where the resistance is large. However, if the period of the current fluctuation is gentle over the entire circumference of the roller, there is no steep change in the adhesion amount that can be visually recognized as density unevenness. On the other hand, if the current fluctuation period is small, the resistance unevenness is generally small and it is difficult to appear as a density difference.
従って、付着により出力画像に濃度ムラが発生するローラの抵抗ムラは、ムラの量としては大きいものの周期がローラの全周に及ぶなだらかな抵抗ムラよりは小さい周期をもち、また周期が小さくそれゆえムラの大きさも小さい抵抗ムラよりは大きいという中間の周期及び大きさをもったものであると思われる。 Therefore, the unevenness of resistance of the roller that causes density unevenness in the output image due to adhesion has a large period, but the period is smaller than the gentle unevenness of the resistance over the entire circumference of the roller, and the period is small. The size of the unevenness seems to have an intermediate period and size that is larger than the small resistance unevenness.
この中間の大きさ及び周期を有する抵抗ムラに起因した電流ゆらぎの周期は、ローラ断面の円周の長さを反映しており、ローラの回転速度と半径とを変数とする関数になる。 The period of current fluctuation caused by resistance unevenness having an intermediate size and period reflects the circumference of the roller cross section, and is a function having the rotation speed and radius of the roller as variables.
一方、抵抗の大きさすなわち電流値についても注目する必要があり、電流値が大きい方が電荷の拡散が生じ易く、従って付着量に局所的な差が生じ難くなり、局所的濃度ムラを回避し易くなる。 On the other hand, it is necessary to pay attention to the magnitude of the resistance, that is, the current value. The larger the current value, the easier the diffusion of charges, and thus the local difference in adhesion amount hardly occurs, and the local density unevenness is avoided. It becomes easy.
図2(a)は、本発明の電流のゆらぎを測定する測定装置の概念図である。定電圧電源(図示せず)から一定の電圧を印加されたローラ(図示せず)に流れる電流は、電流計によりモニターされる。電流計で得られた電流波形は、波形展開装置により、例えば、フーリエ変換等により複数の異なった周波数成分の波形を合成した合成関数に展開される。展開された複数の異なった周波数成分の波形は記憶装置に記憶される。該記憶装置には、ローラの回転速度、ローラの半径も記憶されている。次に、記憶装置に記憶された情報から、展開された複数の異なった周波数成分の波形の情報を引き出す。これらは周波数成分毎に定まった係数を持っているので、それら係数を周波数空間に配置してプロットすることができる。こうしてプロットした波形を図2(b)に示す。プロットした周波数波形に対し、全周波数にわたって積分することで全周波数にわたる電流ゆらぎの総和を得ることができる。同様に、ローラの全周に及ぶなだらかな電流のゆらぎと周期の小さい電流のゆらぎとの中間の周期を有する電流のゆらぎについても和を演算装置で演算する。この場合、積分する領域は(b)中の斜線で示した範囲になる。 FIG. 2 (a) is a conceptual diagram of a measuring apparatus for measuring current fluctuation according to the present invention. A current flowing through a roller (not shown) to which a constant voltage is applied from a constant voltage power source (not shown) is monitored by an ammeter. The current waveform obtained by the ammeter is developed into a composite function obtained by synthesizing waveforms of a plurality of different frequency components by, for example, Fourier transform or the like by a waveform expansion device. The developed waveforms of a plurality of different frequency components are stored in the storage device. The storage device also stores the rotational speed of the roller and the radius of the roller. Next, information on the waveform of a plurality of developed different frequency components is extracted from the information stored in the storage device. Since these have coefficients determined for each frequency component, these coefficients can be arranged and plotted in the frequency space. The waveform thus plotted is shown in FIG. By integrating the plotted frequency waveform over all frequencies, the sum of current fluctuations over all frequencies can be obtained. Similarly, the arithmetic unit calculates the sum of fluctuations of current having an intermediate period between the gentle fluctuation of the current over the entire circumference of the roller and the fluctuation of the current having a small period. In this case, the region to be integrated is the range indicated by the oblique lines in (b).
発明者等は、このことから、ローラの半径r(mm)、ローラの回転速度(n回/秒)、電流値をI(μA)、その時の電流ゆらぎについて全周波数成分の総和をS1、周波数3nr/8〜3nr/4Hzの成分の和をS2として、S1に対するS2の割合を(S2/S1)(%)としたときに、(S2/S1)/I≦3.0を満たすことで継続使用による劣化に耐え、出力画像に濃度ムラを生じにくいローラを製造できることを見出した。電流値Iは、ローラを回転させて測定した電流の平均値である。 Based on this, the inventors have determined that the radius r (mm) of the roller, the rotation speed of the roller (n times / second), the current value is I (μA), the sum of all frequency components of the current fluctuation is S1, the frequency Continuing to satisfy (S2 / S1) /I≦3.0, where S2 is the sum of components from 3 nr / 8 to 3 nr / 4 Hz and the ratio of S2 to S1 is (S2 / S1) (%) It has been found that it is possible to produce a roller that can withstand deterioration due to use and hardly cause density unevenness in an output image. The current value I is an average value of current measured by rotating the roller.
本実施の形態の電子写真用導電性ローラを現像ローラとして電子写真装置に使用することができる。 The electrophotographic conductive roller of this embodiment can be used as a developing roller in an electrophotographic apparatus.
本発明の導電性ローラは金属製の軸芯体と、該軸芯体に少なくとも導電性フィラーを含有する弾性層を配し、更に該弾性層の外周上に一層以上の被覆層を配する構造をしている。この被覆層には、弾性体からのドラム汚染防止、帯電特性の改善あるいは紙粉・トナー付着防止の機能等が期待されているが、特に紙粉・トナー付着防止の機能に関しては万全のものとはなっていない。 The conductive roller of the present invention has a structure in which a metal shaft core, an elastic layer containing at least a conductive filler is disposed on the shaft core, and one or more coating layers are disposed on the outer periphery of the elastic layer. I am doing. This coating layer is expected to prevent drum contamination from the elastic body, improve charging characteristics, or prevent paper dust / toner adhesion, etc. It is not.
上記導電性ローラの金属製軸芯体では、炭素鋼合金表面に5μm厚さの工業ニッケルメッキを施した円柱を用いる。金属製軸芯体を構成する材料としては他にも、例えば鉄・アルミニウム・チタン・銅及びニッケル等の金属やこれらの金属を含むステンレス・ジュラルミン・真鍮及び青銅等の合金等を使用することもできる。又該金属製軸芯体は単なる円柱ではない、中心部分を空洞とした円筒形状とすることもできる。 The metal shaft core of the conductive roller uses a cylinder having a surface of carbon steel alloy with industrial nickel plating having a thickness of 5 μm. As other materials for the metal shaft core, for example, metals such as iron, aluminum, titanium, copper and nickel, and alloys such as stainless steel, duralumin, brass and bronze containing these metals may be used. it can. Further, the metal shaft core body is not a mere column, but may have a cylindrical shape with a central portion as a cavity.
本発明における導電性ローラの製造にあたっては、先ず上記金属製軸芯体の外周に導電性フィラーを含有する弾性層を配する。該弾性層には適度な低硬度及び低圧縮永久歪を得ることができる材質を使用するのが望ましく、この目的を達成できるものであれば種類を問われない。 In manufacturing the conductive roller in the present invention, first, an elastic layer containing a conductive filler is disposed on the outer periphery of the metal shaft core. For the elastic layer, it is desirable to use a material capable of obtaining an appropriate low hardness and low compression set, and any material can be used as long as this object can be achieved.
シリコーンゴムは上記特性を満足するものの一つである。これを用いる場合、シリコーンゴムの主剤を相溶させ、これに適当な量の導電性フィラーを添加して同じシリコーンゴムである硬化剤を加えて混練を行い、金属製軸芯体を組込んだ成形機に注入して加熱する等公知の方法で成形される。 Silicone rubber is one that satisfies the above characteristics. When this is used, the silicone rubber main component is dissolved, an appropriate amount of conductive filler is added, and the same silicone rubber curing agent is added and kneaded to incorporate a metal shaft core. It is molded by a known method such as injection into a molding machine and heating.
導電性弾性層に用いられるゴムに関して分子量は特に制限が無く、低分子量(オリゴマー)から高分子量まで含有される。このようなゴムは、メーカーから入手して使用することができる。 The molecular weight of the rubber used for the conductive elastic layer is not particularly limited, and it is contained from low molecular weight (oligomer) to high molecular weight. Such rubber can be obtained from a manufacturer and used.
上記ゴムには、低硬度及び低圧縮永久歪の特徴を阻害しない範囲内であれば、通常使用される各種の配合剤を添加することができる。これらの配合物は、必要に応じて弾性層材料を製造する過程において添加してもよい。例えば、ゴムとしては、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、(メタ)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、エチレンプロピレンジエンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレン−(メタ)アクリレートゴム、エピクロルヒドリンゴム等である。 Various commonly used compounding agents can be added to the rubber as long as the characteristics of low hardness and low compression set are not impaired. These blends may be added in the process of producing the elastic layer material, if necessary. For example, natural rubber, isoprene rubber, styrene butadiene rubber, butadiene rubber, (meth) acrylonitrile butadiene rubber, ethylene propylene rubber, ethylene propylene diene rubber, butyl rubber, halogenated butyl rubber, silicone rubber, fluorine rubber, urethane rubber, Examples thereof include ethylene vinyl acetate copolymer, ethylene- (meth) acrylate rubber, epichlorohydrin rubber and the like.
添加される補強充填剤及び増量剤としては、例えば、導電性のカーボンブラック、導電性のフィラー、導電性可塑剤、KSCN、LiClO4、NaClO4、4級アンモニウム塩等のイオン伝導物質、ヒュームドシリカ、湿式シリカ、石英微粉末、ケイソウ土、カーボンブラック、酸化亜鉛、塩基性炭酸マグネシウム、活性炭酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸アルミニウム、二酸化チタン、タルク、雲母粉末、硫酸アルミニウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、ガラス繊維、有機補強剤、有機充填剤を挙げることができる。これらの充填剤の表面は有機珪素化合物、例えば、ポリジオルガノシロキサン等で処理して疎水化してもよい。 Examples of the reinforcing filler and extender to be added include conductive carbon black, conductive filler, conductive plasticizer, ion conductive materials such as KSCN, LiClO 4 , NaClO 4 and quaternary ammonium salts, fumed Silica, wet silica, quartz fine powder, diatomaceous earth, carbon black, zinc oxide, basic magnesium carbonate, activated calcium carbonate, magnesium silicate, aluminum silicate, titanium dioxide, talc, mica powder, aluminum sulfate, calcium sulfate, sulfuric acid Mention may be made of barium, glass fibers, organic reinforcing agents and organic fillers. The surface of these fillers may be hydrophobized by treatment with an organosilicon compound such as polydiorganosiloxane.
可塑剤としては、例えばポリジメチルシロキサンオイル・ジフェニルシランジオール・トリメチルシラノール・フタル酸誘導体・アジピン酸誘導体等を用いることができる。また軟化剤としては、例えば潤滑油・プロセスオイル・コールタール・ヒマシ油が使用可能である。その他老化防止剤として、例えばフェニレンジアミン類・フォスフェート類・キノリン類・クレゾール類・フェノール類・ジチオカルバメート金属塩類等が、耐熱剤としては酸化鉄・酸化セリウム・水酸化カリウム・ナフテン酸鉄・ナフテン酸カリウム等が使用でき、その他にも加工助剤、着色剤、紫外線吸収剤、難燃剤、耐油性向上剤、発泡剤、スコーチ防止剤、粘着付与剤、滑剤等を添加できる。 As the plasticizer, for example, polydimethylsiloxane oil, diphenylsilanediol, trimethylsilanol, phthalic acid derivative, adipic acid derivative and the like can be used. As the softening agent, for example, lubricating oil, process oil, coal tar, castor oil can be used. Other anti-aging agents include phenylenediamines, phosphates, quinolines, cresols, phenols, dithiocarbamate metal salts, etc., and heat-resistant agents include iron oxide, cerium oxide, potassium hydroxide, iron naphthenate, naphthene Potassium acid can be used, and other processing aids, colorants, ultraviolet absorbers, flame retardants, oil resistance improvers, foaming agents, scorch inhibitors, tackifiers, lubricants, and the like can be added.
導電性フィラーとしては、例えばアルミニウム・パラジウム・鉄・銅・銀等の金属系の粉体や繊維を用いることができ、またカーボンブラック・金属粉や酸化チタン・酸化スズ・酸化亜鉛等の金属酸化物や、硫化銅・硫化亜鉛等の金属化合物粉を用いても良い。さらには適当な粒子の表面を酸化スズ・酸化アンチモン・酸化インジウム・酸化モリブデンや、亜鉛・アルミニウム・金・銀・銅・クロム・コバルト・鉄・鉛・白金・ロジウムを電解処理・スプレー塗工・混合振とうにより付着させた粉体も使用可能であり、またアセチレンブラック・ケッチェンブラック・PAN系カーボンブラック・ピッチ系カーボンブラック等のカーボン粉も使用可能な候補として挙げられる。 As the conductive filler, for example, metal powders and fibers such as aluminum, palladium, iron, copper, and silver can be used, and metal oxides such as carbon black, metal powder, titanium oxide, tin oxide, and zinc oxide can be used. Or metal compound powders such as copper sulfide and zinc sulfide may be used. Furthermore, tin oxide, antimony oxide, indium oxide, molybdenum oxide, and zinc, aluminum, gold, silver, copper, chromium, cobalt, iron, lead, platinum, rhodium are electrolyzed, spray coated, Powders adhered by mixed shaking can also be used, and carbon powders such as acetylene black, ketjen black, PAN-based carbon black, and pitch-based carbon black can also be used.
導電性フィラーとして特に好ましいのはカーボンブラックである。少量の添加で電気抵抗率を低下させることができ、ゴム組成物の硬度を大きくすることなく導電性を付与することができる。カーボンブラックの銘柄としては、例えばケッチェンブラックEC、ケッチェンブラックEC600JD(ともに「ケッチェンブラックインターナショナル」製)等を挙げることができる。 Carbon black is particularly preferable as the conductive filler. The electrical resistivity can be reduced by adding a small amount, and conductivity can be imparted without increasing the hardness of the rubber composition. Examples of carbon black brands include Ketjen Black EC, Ketjen Black EC600JD (both manufactured by “Ketjen Black International”), and the like.
導電性フィラーの濃度は適度に調整する必要がある。例えば2〜50質量%がよい。更に好ましくは5〜30質量%である。導電材料が少ないとゴム組成物の電気抵抗率の変動が大きい。電気抵抗率の調整が難しいし、均一分散も困難になる等、導電性の制御が難しくなる。また、多すぎるとゴムが硬くなってしまい好ましくない。 It is necessary to adjust the concentration of the conductive filler appropriately. For example, 2-50 mass% is good. More preferably, it is 5-30 mass%. If the conductive material is small, the variation of the electrical resistivity of the rubber composition is large. It becomes difficult to control the electrical conductivity, for example, it is difficult to adjust the electrical resistivity and uniform dispersion is difficult. Moreover, when too much, rubber | gum will become hard and it is unpreferable.
弾性層の成形を行う成形機は、液状ゴムの注入部が、パイプ金型に相応した円筒状に切れ目のない構造を有したゴムの溜まり部を有していることがより望ましい。こうすることで駒ゲート穴を通った液状ゴムは、そこでムラなく均一に円筒状に拡がった後にパイプ金型に注入され、熱硬化することで抵抗ムラの非常に少ない弾性層を形成することができるので、高抵抗なものを製造する際にも有利である。 In the molding machine for forming the elastic layer, it is more desirable that the liquid rubber injection portion has a rubber reservoir portion having a cylindrical and unbroken structure corresponding to the pipe mold. In this way, the liquid rubber that has passed through the piece gate hole is spread uniformly and uniformly in a cylindrical shape, and then injected into a pipe mold, where it can be thermally cured to form an elastic layer with very little resistance unevenness. This is advantageous when manufacturing a high-resistance material.
以上のようにして形成された導電性弾体層の外周上には、一層以上の被覆層を配する。被覆層を形成する材料としては、各種のポリアミド・フッ素樹脂・水素添加スチレン−ブチレン樹脂・ウレタン樹脂・シリコーン樹脂・ポリエステル樹脂・フェノール樹脂・イミド樹脂・オレフィン樹脂等が挙げられる。上記被覆層をウレタン樹脂から形成すると、ポリオール並びにジイソシアナートの構造と配合比を種々変化させることで物性を広範囲に変化させることができる。 One or more coating layers are disposed on the outer periphery of the conductive bullet layer formed as described above. Examples of the material for forming the coating layer include various polyamides, fluorine resins, hydrogenated styrene-butylene resins, urethane resins, silicone resins, polyester resins, phenol resins, imide resins, and olefin resins. When the coating layer is formed from a urethane resin, the physical properties can be changed over a wide range by changing the structure and blending ratio of the polyol and diisocyanate in various ways.
導電性ローラの被覆層の形成材料としてウレタン樹脂用イソシアナートを用いる場合には、通常二官能性あるいは三官能性イソシアナート及び変性イソシアナートが用いられる。これらのうちで芳香族系では1,5−ナフタレンジイソシアナート・2,4−/2,6−トリレンジイソシアナート・4,4’−ジフェニルメタンジイソシアナート・p−フェニレンジイソシアナート・m−/p−キシリレンジイソシアナートが挙げられ、脂環族にはイソホロンジイソシアナート・4,4’−ジシクロへキシルメタンジイソシアナート、脂肪族には1,6−ヘキサメチレンジイソシアナート・リジンジイソシアナート・1,6,11−ウンデカントリイソシアナートが挙げられる。 When an isocyanate for urethane resin is used as a material for forming the coating layer of the conductive roller, a difunctional or trifunctional isocyanate and a modified isocyanate are usually used. Among these aromatic compounds, 1,5-naphthalene diisocyanate, 2,4- / 2,6-tolylene diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, p-phenylene diisocyanate, m- / P-xylylene diisocyanate, which includes isophorone diisocyanate and 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate for alicyclic groups, and 1,6-hexamethylene diisocyanate and lysine di for aliphatic groups. An isocyanate and 1,6,11-undecane triisocyanate are mentioned.
ウレタン樹脂用ポリオールとしては2〜3官能性で数平均分子量が数百〜数千のポリエーテル・ポリエステル・ポリブタジエンポリオール・アクリルポリオール・ケン化エチレン−酢酸ビニル共重合体などが用いられる。これらのイソシアナート並びにポリオールの官能性・数平均分子量を調整することにより、導電性ローラ表面に弾性等の望みの物性を与えることができる。 Examples of the polyol for urethane resin include polyether, polyester, polybutadiene polyol, acrylic polyol, saponified ethylene-vinyl acetate copolymer having 2 to 3 functionalities and number average molecular weight of several hundred to several thousands. By adjusting the functionality and number average molecular weight of these isocyanates and polyols, desired physical properties such as elasticity can be imparted to the surface of the conductive roller.
これらの被覆層を構成する材料は、サンドミル、ペイントシェーカー、ダイノミル、パールミル、ビスコミル等のビーズを利用した分散装置かボールミルを用いた分散装置のような従来公知の分散装置を使用して分散させる。得られた被覆層形成用の塗料は、スプレー塗工法、ディッピング法等により導電性弾性層の表面に塗工される。 被覆層の厚みとしては、5〜500μmが良く、特に5〜30μmが好ましい。厚みが少なすぎると基層中の低分子量成分の染み出しにより感光体を汚染する恐れがあるし、厚すぎると導電性ローラが硬くなり、融着やセット跡の回復性悪化の原因となり好ましくない。 The materials constituting these coating layers are dispersed using a conventionally known dispersing device such as a dispersing device using beads such as a sand mill, a paint shaker, a dyno mill, a pearl mill, or a visco mill, or a dispersing device using a ball mill. The obtained coating material for forming the coating layer is applied to the surface of the conductive elastic layer by a spray coating method, a dipping method or the like. The thickness of the coating layer is preferably 5 to 500 μm, particularly preferably 5 to 30 μm. If the thickness is too small, the photoreceptor may be contaminated by the seepage of low molecular weight components in the base layer, and if it is too thick, the conductive roller becomes hard, which is not preferable because it causes poor fusion and recovery of set marks.
上記の如くして形成する被覆層中には平均粒径が1〜50μmの微粒子を分散しても良く、これにより導電性ローラ表面が適度の粗さを有して画像形成体等に張り付き難くなり、あるいは現像ローラならばトナーの搬送をし易くして充分な量のトナーを現像領域に供給することができる。このような目的に使用する微粒子としては、例えば、ポリメチルメタクリル酸メチル微粒子、シリコーンゴム微粒子、ポリウレタン微粒子、ポリスチレン微粒子、アミノ樹脂微粒子、フェノール樹脂微粒子等のプラスチックピグメントが挙げられるが、特にポリメチルメタクリル酸メチル微粒子、ポリウレタン微粒子、及びシリコーンゴム微粒子が好ましい。これらの微粒子は前記被覆層の約5〜200質量%の範囲で添加することが好ましい。 Fine particles having an average particle diameter of 1 to 50 μm may be dispersed in the coating layer formed as described above, whereby the surface of the conductive roller has an appropriate roughness and is difficult to stick to an image forming body or the like. In the case of a developing roller, the toner can be easily transported and a sufficient amount of toner can be supplied to the developing area. Examples of the fine particles used for such purpose include plastic pigments such as polymethyl methyl methacrylate fine particles, silicone rubber fine particles, polyurethane fine particles, polystyrene fine particles, amino resin fine particles, and phenol resin fine particles. Methyl acid fine particles, polyurethane fine particles, and silicone rubber fine particles are preferred. These fine particles are preferably added in the range of about 5 to 200% by mass of the coating layer.
求める表面物性が得られるならば上記被覆層は1層でも良いが、2層以上であっても良い。ドラムアタック防止、表面へのトナー付着防止等の複数機能を達成させる場合には、2層以上の方が設計し易いこともありうる。 If the desired surface properties can be obtained, the coating layer may be one layer or two or more layers. In the case of achieving a plurality of functions such as prevention of drum attack and prevention of toner adhesion to the surface, it may be easier to design two or more layers.
このようにして得られた導電性ローラが要求される抵抗特性を満足するか否かは、例えば図3(a)に示される測定機を用いることによって調べることができる。測定機はローラ軸方向の3箇所で抵抗が測定できるように、幅2cmの電極3がφ30の仮想ドラム2上に3つ軸方向に並んでつけられており、その各々には基準抵抗4が存在し両端電圧を電圧計により読み取る。この測定機に同時に電圧を印加することで同時に3箇所の電圧を読み取り電流値に変換する。その際導電性ローラは金属製軸芯体の両端部で片側500gWずつの加重をかけられて密着している。仮想ドラムは従動により回転する導電性ローラの回転周期が1secとなるようなスピードで駆動回転させ、導電性ローラの抵抗ムラが電流ゆらぎという形で軸方向の3箇所で測定されることになる。
Whether or not the conductive roller thus obtained satisfies the required resistance characteristics can be examined by using, for example, a measuring machine shown in FIG. In the measuring machine, three
電流ゆらぎの内、ローラ半径r(mm)に対する周波数3r/8〜3r/4Hzの成分の抽出についてはバンドパスフィルター等のハードウェアを用いても良いし、電流のデータにフーリエ変換処理を施しても良い。
(実施例および比較例)
以下、実施例・比較例を示して発明の効果をより明らかにするが、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。
Of the current fluctuations, components such as bandpass filters may be used to extract components having a frequency of 3r / 8 to 3r / 4Hz with respect to the roller radius r (mm), or current data is subjected to Fourier transform processing. Also good.
(Examples and Comparative Examples)
Hereinafter, the effects of the present invention will be clarified by showing examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples.
本実施例・比較例における導電性フィラー含有の弾性体としては、シリコーンゴムの主剤としてジメチルポリシロキサン、硬化剤としてジメチルハイドロジェンポリシロキサンを等量ずつ用いている。これら100質量部のゴムに対してケッチェンブラック10質量部を加え、フィラーは30質量部混合する。金属製軸芯体を組込んで100℃で予備加熱を行っている成形機にこれらを注入して硬化後冷却、脱型した後で再度加熱を行って二次硬化をさせることにより成形する。ゴム注入部は、できるだけムラが生じないように9つの注入口をもつ駒を用意し、また、比較のため7穴、5穴、3穴のものも用意した。また、注入口の後段にもムラ対策として円筒状に切れ目のない構造を有したゴムの溜まり部を設け、比較用として溜まり部が全く無いものと半円筒状にだけ溜まり部を有するものとを組み合わせた。これにより、導電性フィラー含有の弾性体層で抵抗ムラに多様性を持たせた。 As the conductive filler-containing elastic body in this example and comparative example, dimethylpolysiloxane is used as the main component of the silicone rubber, and dimethylhydrogenpolysiloxane is used in an equal amount as the curing agent. 10 parts by mass of ketjen black is added to 100 parts by mass of the rubber, and 30 parts by mass of the filler is mixed. Molding is performed by injecting them into a molding machine in which a metal shaft core is incorporated and preheating at 100 ° C., curing, cooling and demolding, and then heating again to perform secondary curing. For the rubber injection part, a piece having nine injection holes was prepared so as not to cause unevenness as much as possible, and a 7-hole, a 5-hole, and a 3-hole were prepared for comparison. Also, as a countermeasure against unevenness, a rubber reservoir having a continuous structure is provided in the subsequent stage of the injection port, and there are no reservoirs for comparison and those having only a semi-cylindrical reservoir. Combined. As a result, the unevenness of resistance was given diversity by the elastic layer containing the conductive filler.
被覆層としてはまずポリエステルポリオールとトルエンジイソシアナートからなるエステル系ポリウレタン樹脂100質量部をMEKに溶解させ、これにケッチェンブラックを10質量部加えたものと12質量部加えたものを用意してそれぞれ混合させる。各々はビスコミルにて5時間分散させた後、平均粒径6μmのウレタン粒子を45質量部加えて再度2時間分散させる。溶液は粘度と引き上げ速度を適切に調整することで膜厚を調節することが出来る。この溶液に上記金属製軸芯体に配した導電性フィラー含有の弾性体層を浸漬させ、引き上げることで塗工した。この被覆層によって電流値の大きさが2種類のローラが作製された。 First, 100 parts by mass of an ester polyurethane resin composed of polyester polyol and toluene diisocyanate is dissolved in MEK, and 10 parts by mass of ketjen black and 12 parts by mass of ketjen black are added as the coating layer. Mix each. Each is dispersed with Viscomil for 5 hours, and then 45 parts by mass of urethane particles having an average particle diameter of 6 μm are added and dispersed again for 2 hours. The film thickness of the solution can be adjusted by appropriately adjusting the viscosity and the pulling speed. The solution was coated by immersing and lifting the conductive filler-containing elastic layer disposed on the metal shaft core. With this coating layer, two types of rollers having current values were produced.
作製されたローラは金属製軸芯体の径8mm、ローラ径16mmの現像ローラである。金属製軸芯体の両端部で加重をかけるが、この加重によってローラが仮想ドラムに充分に密着し且つローラが極度に変形しないようにすることが望ましい。範囲としては片側300gW〜800gWが妥当と思われるが、今回は片側500gWずつの加重をかけて仮想ローラに密着させる。周期1secで回転させ仮想ドラムの両端部と中央部の3箇所の位置に2cm幅の電極を配置し、ローラの金属製の軸芯体と電極とに200Vの電圧をかけたときに測定される電流を測定し、平均値電流I(μA)、その時の電流ゆらぎについて全周波数成分の総和をS1、周波数3r/8〜3r/4Hzの成分の和をS2として、(S2/S1)/Iを計算した。ローラの電流値についてはμAオーダーであり抵抗が非常に大きいので、電流計によって直接計測するのではなく、基準抵抗の両端電圧を測定し電流に変換することで精度を確保した。また仮想ドラムは(b)の如く、3箇所の電極から流れてきた電流をドラムの外側に引き出し、引き出された外側の電極に真鍮製のV字型をしたブロックがバネで押し付けられることによって導通性を確保している。これにより、電流ゆらぎが余分なノイズを拾うことなく検出される。
The produced roller is a developing roller having a metal shaft core diameter of 8 mm and a roller diameter of 16 mm. A weight is applied to both ends of the metal shaft core body, and it is desirable that the roller is sufficiently in close contact with the virtual drum and that the roller is not extremely deformed by this weighting. As a range, 300 gW to 800 gW on one side seems to be appropriate, but this time, a load of 500 gW on each side is applied to make contact with the virtual roller. Measured when a voltage of 200 V is applied to the metal shaft core and the electrode of the roller by rotating at a cycle of 1 sec and arranging electrodes of 2 cm width at three positions on both ends and the center of the virtual drum. The current is measured, the average value current I (μA), the current fluctuation at that time is S1, the sum of all frequency components is S1, the sum of the components of the
計算した値を表1の実施例並びに表2の比較例に載せる。これらの値は3箇所測定した内での最大値であり、この最大値を記録した位置が最もピッチムラが生じ易い。 The calculated values are listed in the examples in Table 1 and the comparative examples in Table 2. These values are the maximum values measured at three locations, and the pitch unevenness is most likely to occur at the position where the maximum value is recorded.
ローラは、電流のゆらぎを測定した後、現像ローラとして、電子写真方式のプリンタ用カートリッジに組み込み、プリンタにて1枚画像を出力しては1秒停止する、といった方式の印刷を4000枚行い、出力画像に局所的な濃度ムラが発生しないか否かを調査した。 After measuring the fluctuation of the current, the roller is incorporated into an electrophotographic printer cartridge as a developing roller, and the printer prints 4000 sheets by outputting one image and stopping for 1 second. It was investigated whether local density unevenness occurred in the output image.
4000枚画像出力後の黒色カートリッジで、評価画像でDローラピッチの局所的濃度ムラの有無を調べた。局所的濃度ムラの評価欄においては以下のように分類してある。
〇:濃度ムラが認められなかった
△:600dpi・ハーフトーンにおいて軽度のDローラピッチの局所的濃度ムラが認められた
×:600dpi・ハーフトーンにおいてDローラピッチの局所的濃度ムラが目立った。
With the black cartridge after outputting 4000 images, the evaluation image was examined for the presence or absence of local density unevenness of the D roller pitch. The evaluation column for local density unevenness is classified as follows.
O: Density unevenness was not observed. Δ: Local density unevenness of a slight D roller pitch was recognized in 600 dpi halftone. X: Local density unevenness of the D roller pitch was conspicuous in 600 dpi halftone.
1 導電性ローラ
2 仮想ドラム
3 電極
4 基準抵抗
5 電極A
6 電極B
7 電極C
8 電極Aに接続する集電部
9 電極Bに接続する集電部
10 電極Cに接続する集電部
11 導電性ローラ
12 樹脂部
1
6 Electrode B
7 Electrode C
8 Current collector connected to electrode A 9 Current collector connected to
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