JP2007057566A - トナー供給ローラ及び現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導電領域の抵抗値と、低硬度を有する、表面の発泡セル径が均一であって、トナーの定量搬送性に優れたトナー供給ロールを提供する。
【解決手段】 導電性シリコーンゴム組成物を発泡させた、導電性発泡シリコーンゴム弾性体で金属軸体が被覆されたトナー供給ローラにおいて、該導電性発泡シリコーンゴム弾性体は、平均粒径が１２μｍ以下の珪藻土を５〜２０質量部含有し、導電性発泡シリコーンゴム弾性体表面の発泡セル径の粒径分布を示す粒径の標準偏差が１５０μｍ以下になるように設定する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、複写機、ファクシミリ又はレーザープリンタ等の電子写真方式の画像形成装置における現像装置に用いられ、現像ローラの表面にトナーを供給するための導電性発泡弾性体が外周に設けられたトナー供給ローラ及び現像装置に関するものである。

従来から、非磁性トナーを用いた現像装置においては、非磁性トナーを摩擦等により帯電させ荷電粒子とし、荷電粒子が導体に接近すると引力が生じるいわゆる鏡像力を利用して帯電トナーを現像ローラに供給する方法と併せ、現像ローラがトナーを大量に消費した際すみやかにトナー層を回復するために、導電性発泡弾性体層を有するトナー供給ローラを現像ローラに接触させておき、物理的にトナーを現像ローラに搬送供給する構成が一般的である。

上記トナー供給ローラにあっては、トナーとの摩擦帯電により生じる電位差を一定に維持するため、導電性のローラであることが要求される。

また、現像ローラとの安定した摩擦力（押付け力、ニップ部）を維持しつつ、トナー供給ローラと現像ローラとに挟まれたトナー粒子を破壊しないため、外周表面が低硬度のローラであることが要求される。

さらに、一回の搬送で十分な量のトナー粒子を運ぶ必要があるため、発泡弾性体の発泡セル径はある程度大きいことが要求されると共に、該発泡セルがトナーを物理的に坦持して搬送する量を一定にするため、発泡セル径は均一の大きさであることが要求される。

そこで、従来、イオン導電剤や電子導電剤の添加により導電性を付与したウレタンやゴム等を発泡させた、導電性発泡弾性体材料が用いられたトナー供給ローラにおいて、導電性発泡弾性体の表面近傍の硬度と発泡セル径、及び、表面近傍の硬度と発泡セル数、の双方の関係に着目し、導電性発泡弾性体の圧縮バネ定数と発泡セル径及び発泡セル数を好適化し、印刷濃度むらを改善したトナー供給ローラが提案されている（例えば、特許文献１を参照のこと）。

特許文献１のトナー供給ローラによれば、印刷先端濃度と印刷後端濃度とで、印刷濃度のむらがないとされている、しかし、導電性発泡弾性体の圧縮バネ定数、発泡セル径、発泡セル数の好適化は、発泡硬化させる際の金型への原料の充填量により制御するというものであり、好適な導電性発泡弾性体が確実に得られる導電性発泡弾性体の組成上の構成については何等の知見もない。

また、特許文献１の実施の形態に具体的に記載された、導電剤を配合したポリウレタンフォーム弾性体製のトナー供給ローラは、ローラ表面へ析出物が発生し、トナーを融着させる虞があるもので、使用時の耐久性にも問題がある。

ローラ表面へ析出物が発生せず、トナー融着する虞がないトナー供給ローラとして、ローラを構成するゴム弾性体自体が導電性を有するエピクロルヒドリン系共重合体にＮＢＲ等を配合したゴム弾性体を化学発泡剤で発泡させた導電性発泡弾性体であって、発泡セル径分布が３００〜５００μｍであるトナー供給ローラが提案されている（例えば、特許文献２を参照のこと）。

しかし、特許文献２のエピクロルヒドリン系共重合体にＮＢＲ等を配合したゴム弾性体を化学発泡剤で発泡させた導電性発泡弾性体においても、好適な導電性発泡弾性体を確実に得られる導電性発泡弾性体の組成上の構成について満足できる手段の開示はなく、その課題を解決するための手段の説明の中で記載しているように、化学発泡剤と発泡助剤との配合量を１０：２〜２：１に調整すると、セル径分布が２００μｍ以上５００μｍ以下である発泡体が得られやすい。というものである。

工業的量産上の問題として、上記エピクロルヒドリン系共重合体は加硫速度が遅いので、量産効率が劣り、発泡させにくいので、セル径分布を所望の範囲に制御しつつ発泡加硫するのは困難であり、発明の実施の形態に記載された材料と手順を採用したとしても、発泡セル径分布が３００〜５００μｍであるトナー供給ローラを得るには、発泡加硫の条件について試行錯誤を必要とするものである。
特開２００２−６６１８号公報 特開２００４−４５６５６号公報

本発明が解決しようとする課題は、ローラ表面へ析出物が発生せず半導電領域で一定した導電性を有し、表面の低硬度を有する、との要求特性を満たした上で、更に特別な発泡成形のノウハウを要せず、通常の工程で発泡加硫すれば、表面が均一に発泡し、トナーを一定量搬送するのに好適な発泡セル径が得られる、生産性にも優れたトナー供給ローラ及び当該トナー供給ローラが用いられた現像装置を提供することを課題としている。

この発明は、上記課題を実現するために、導電性シリコーンゴム組成物を発泡セル径が一定になるよう発泡させることを検討した結果、珪藻土を配合することで効果があることを見出し本願発明を完成するに至ったものであり、請求項１に記載の発明は、電子写真装置の現像装置内で使用されるトナー供給ローラであって、該トナー供給ローラは少なくとも外周面が導電性発泡シリコーンゴム弾性体により形成され、該導電性発泡シリコーンゴム弾性体は珪藻土を５〜２０質量部含有し、かつ、前記導電性発泡シリコーンゴム弾性体表面の発泡セル径の標準偏差が１５０μｍ以下であるトナー供給ローラを特徴としている。

請求項２に記載のトナー供給ローラは、請求項１の構成に加えて、前記珪藻土は平均粒径が１２μｍ以下であることを特徴としている。

請求項３に記載の電子写真装置用現像装置は、請求項１又は２に記載のトナー供給ローラを用いていることを特徴としている。

請求項１に記載のトナー供給ローラよれば、外周面が導電性発泡シリコーンゴム弾性体により形成されているので、ローラ表面へ析出物が発生せず、安定した半導電性を有しているから、トナーが融着したり、析出物が現像ローラを介して感光体を汚染することがなく、トナーの帯電を一定に保つことができる。 また表面が低硬度になるから、現像ローラとの間に良好なニップ部が形成され、トナー粒子を破壊することなく、好適なトナー供給が行われる。そして導電性発泡シリコーンゴム弾性体は発泡が容易であり、架橋反応時間が短いので、工業的量産性に優れている。珪藻土を５〜２０質量部含有しているので、特別な発泡成形のノウハウを必要とせず、通常の条件で発泡架橋させれば、トナーを一定量搬送するのに好適な表面発泡セル径を有するトナー供給ローラが安定的に製造できるものである。

請求項２に記載のトナー供給ローラによれば、平均粒径が１２μｍ以下の珪藻土を含有しているので、発泡セル径の大きさがより均一になり、表面の発泡セル径のばらつきの標準偏差が更に小さいトナー供給ローラを安定的に製造できるものである。

請求項３に記載の電子写真装置用現像装置によれば、請求項１又は２に記載の導電性発泡シリコーンゴム弾性体製トナー供給ローラが現像装置に使用されているので、トナーの融着や、感光ローラ汚染の問題が発生せず長期間に亘り画像不良の発生がない、そして、前記トナー供給ローラは現像ローラに対するトナー供給量が一定しているので、黒ベタ印刷の直後においても印刷濃度むらが発生しない、電子写真装置用現像装置が提供できる。

珪藻土粉末、好ましくは平均粒径が１２μｍ以下である珪藻土粉末を添加したことによる効果のメカニズムは明らかではないが、珪藻土は８０％以上がＳｉＯ_２であるから、シリコーンゴムとの馴染みが良くそれ自体が均一分散性に優れ、空隙率が８０〜８５％と大きいため、気体や液体の吸収能力に優れ、そのような珪藻土の粒子が均一分散して発泡剤が分解ガスを出して発泡セルを形成するときの核となるとともに、熱湯中の沸騰石のような役割をして、大きな気泡を吸収し、微細な泡とする役目をすることで、安定した発泡を促すものと考えられる。またより微細な珪藻土を添加することで、同じ質量部を添加しても、粒子の存在個数を多くできるため、より効果が高いと考えられる。

以下、本発明のトナー供給ローラ１と現像装置２の実施の形態について図を用いて詳細に説明する。

図１はトナー供給ローラの一実施例の構成を示した斜視図であり、図２は現像装置の一実施例の構成の要部横断面図である。

本発明のトナー供給ローラ１の基本構成は、金属製軸体１２とその外側の導電性発泡シリコーンゴム弾性体１１とからなり、図１に示す如く配置される。

金属製軸体１２と導電性発泡シリコーンゴム弾性体１１との接合は、以下に説明する手順で準備した導電性シリコーンゴム組成物と金属性軸体１２とを、押出成形機にて一体押出して一体化し、次いで赤外線オーブン等に通し発泡・加硫・硬化させる工程と同時に行われ、金属製軸体１２と導電性発泡シリコーンゴム弾性体１１とが一体に接合されたトナー供給ローラ１のローラ原形として得られる。また、必要に応じて、このローラ原形を１８０〜２５０℃で１〜１０時間程度、２次焼成処理してもよい。

金属製軸体１２は、一体押出に先立ち導電性発泡シリコーンゴム弾性体１１との密着性を向上するため、有機溶剤等で洗浄して油分を除去し、プライマー処理しておくことが好ましい。なお、筒状に加硫・発泡させた導電性発泡シリコーンゴム弾性体１１を別途作成しておき、接着剤等で金属性軸体１２と接合することも可能である。

得られたトナー供給ローラ１のローラ原形は、円筒研削盤にて外径研削し、所定寸法のトナー供給ローラ１とする。

このようにして調製されるトナー供給ローラ１は、発泡・加硫・硬化工程における赤外線オーブンの炉内温度を適宜調整することで、容易に導電性発泡シリコーンゴム弾性体１１表面の発泡セル径の標準偏差が１５０μｍ以下であることを特徴とする、導電性発泡シリコーンゴム弾性体１１で外周が被覆されたトナー供給ローラ１を得ることができる。

本発明の現像装置２の基本構成は、トナー供給ローラ１、現像ローラ２１、トナーカートリッジ２２、感光体２３，ブレード２４、非磁性トナー２５からなり、図２に示す如く配置される。

図２の構成において、トナーカートリッジ２２の中に充填されている非磁性トナー２５は、トナー供給ローラ１から現像ローラ２１へと絶えず一定量が搬送供給され、トナー粒子１〜２層に相当する厚さの均一なトナー層を現像ローラ２１の表面に絶えず維持する。そして、現像ローラ２１表面に均一に存在するトナーが、感光体表面に形成されている静電潜像を現像する。

本発明の導電性発泡シリコーンゴム弾性体１１の基材は、ビニル基含有ジメチルシリコーン生ゴム、ビニル基含有フェニルシリコーン生ゴム、ビニル基含有フルオロシリコーン生ゴム等からなり、必要に応じて煙霧質シリカ、沈降性シリカ等の補強性シリカ充填材が添加されてなるものである。

加硫に用いる付加反応用架橋剤としては、一分子中に２個以上のＳｉＨ基を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンが用いられ、公知なオルガノハイドロジェンポリシロキサンを使用することができる。オルガノハイドロジェンポリシロキサンの配合量は、シリコーンゴムコンパウンド成分のオルガノポリシロキサン１００質量部に対して０．０１〜２０質量部配合することが好ましい。さらに、加硫補助剤として有機過酸化物を併用すれば、ゴムの強度や歪み等の物性向上に効果が有り、これにはベンゾイルパーオキサイド、ビス２,４ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、２,５−ジメチル−２,５−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン等が例示される。また、耐熱性向上剤や硬度を調整するために非補強性シリカを添加してもよい。

さらに、この付加反応による架橋反応により形成される発泡シリコーンゴム弾性体には、メチルビニルシクロテトラシロキサン、アセチレンアルコール類、シロキサン変性アセチレンアルコール、ハイドロパーオキサイド等の公知の白金触媒抑制剤を添加するのが好ましい。

付加反応触媒としては、従来より知られている白金族の金属単体及びその化合物を用いることができる。例えば、シリカ、アルミナ又はシリカゲルのような担体上に吸着された微粒子状白金金属、塩化第二白金、塩化白金酸、塩化白金酸６水塩とオレフィン又はジビニルジメチルポリシロキサンとの錯体、塩化白金酸６水塩のアルコール溶液等の白金系触媒、パラジウム触媒、ロジウム触媒などが挙げられる。これら触媒の添加量は触媒量であり、通常、白金系金属量に換算して１〜１，０００ｐｐｍの範囲で使用されるが、好ましくは１０〜５００ｐｐｍの範囲が適当である。

発泡剤としては、従来より知られているいずれのものでもよく、具体的には、アゾジカルボンアミド、アゾビス−イソブチロニトリルなどの有機アゾ化合物が好適に使用される。特に、ジメチル−１,１’−アゾビス（１−シクロヘキサンカルボキシレート）が好適に使用できるが、これに限定するものではない。

本発明に使用される珪藻土は、珪藻の殻から主になる軟質の岩石もしくは土壌を、精製処理した粉体である。粒子は約数１０μｍの珪殻に０．１〜１．０μｍの無数の細孔を有する多孔質の粒子である。本発明では特に粉体の平均粒径が１２μｍ以下の珪藻土が好ましく用いられ、珪藻土の添加量は、シリコーンゴムコンパウンド１００質量部に対し５〜２０質量部、好ましくは１０〜１５質量部である。

発泡シリコーンゴム弾性体に導電性を付与する導電剤としては、イオン導電剤や電子導電剤を、導電剤の性質と所望する導電性の範囲に応じて適量を添加すればよい。ローラ表面への析出物によるトナー固着や、感光体ローラの汚染の心配が少ないことから電子導電剤が好ましく用いられ、例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等の導電性カーボン、チャンネルブラック、ファーネスブラック等のインク用カーボンブラック、又はそれらを酸化処理したカーボンブラック、熱分解カーボン、天然や人造のグラファイトなどを使用することができる。

シリコーンゴム組成物には、必要に応じて炭酸カルシウム等の充填剤、着色剤、耐熱向上剤、難燃性向上剤、受酸剤、熱伝導向上剤等の添加剤や離型剤、アルコキシシラン、ジフェニルシランジオール、カーボンファンクショナルシラン、両末端シラノール基封鎖低分子シロキサン等の分散剤などを添加してもよい。

本発明のための導電性発泡シリコーンゴム弾性体１１は、上記した成分を２本ロール、バンバリーミキサー、ドウミキサー（ニーダー）などのゴム混練り機を用いて均一に混合し、導電性シリコーンゴム組成物としたものを、押出工程で発泡させ、赤外線オーブンで加硫・硬化することにより得ることができる。

トナー供給ローラの導電性軸体は、従来から導電性ローラ用に通常に用いられている金属シャフトを用いればよく、硫黄快削鋼などの鋼材に亜鉛メッキ等を施したもの、アルミニウム、ステンレス鋼、りん青銅鋼などが挙げられる。

また、カーボン製の軸体や、導電性を有するプラスチック等の軸体でもよい。

本発明のトナー供給ローラ１の性能評価に際しては、トナー供給ローラ１の発泡セル径を顕微鏡下で計測し、測定値を統計処理すると共に、トナー供給ローラ１を現像装置に組み付け、その現像装置を電子写真装置の実機に取り付けて、実際に連続印刷を行い、得られた印刷物を目視評価して印字品質の評価をした。

以下、実施例を挙げてこの発明をより具体的に説明するが、この発明の主旨を超えない限り、これらの実施例に限定されるものではない。
［実施例１］

シリコーンゴムコンパウンド「ＫＥ７０３６Ｕ」（商品名、信越化学株式会社製）１００質量部に対して、平均粒径６μｍの珪藻土である「オプライトＷ−３００５Ｓ」（商品名、北秋珪藻土株式会社製）１０質量部、架橋剤オルガノハイドロジェンポリシロキサン２質量部、発泡剤ジメチル−１，１’−アゾビス（１−シクロヘキサンカルボキシレート）５質量部、加硫触媒の塩化白金酸を加え、シリコーンゴム組成物を調整した。

金属製軸体１２（φ１４ｍｍ×Ｌ３５０ｍｍ、ＳＵＳ２２製棒体に無電解ニッケルメッキを施したもの）をトルエン洗浄し、プライマーとして「プライマーＮｏ．１０１Ａ／Ｂ」（商品名、信越化学株式会社製）を塗布、さらに、当該金属製軸体１２を、ギアーオーブンで温度１８０℃にて３０分間の焼成処理し、常温にて３０分以上冷却した。

こうして調整した導電性シリコーンゴム組成物と金属製軸体１２とを、押出成形機にて一体押出後、続けてそれを赤外線オーブンに導入、炉内温度設定を変えることで加硫温度条件を調整しつつ、焼成硬化処理し、所望の平均セル径のトナー供給ローラ１のローラ原形を形成した。

得られたトナー供給ローラ１のローラ原形を、さらに、ギアーオーブンにて温度２００℃で７時間、２次焼成処理し、常温にて１時間以上放置して状態を安定させた後、円筒研削盤にて外形研削し、所定寸法のトナー供給ローラ１を得た。

このような構成と手順から得られたトナー供給ローラ１を光学顕微鏡にて表面セル径を３０点測定し、導電性発泡シリコーンゴム弾性体１１のセル径の分布を示す標準偏差を求めた。

また、当該トナー供給ローラ１を組み込んだ現像装置２を電子写真装置の実機に取り付けて、実際の連続印刷を行い印字評価を行った。印字試験から得られた判定結果を表１に示す。なお○は問題なし、×は重大な問題となり得る事象の発生を表している。
［実施例２］

実施例１の珪素土添加部数を１５質量部とした以外は、実施例１と同様にトナー供給ローラ１を作成した。
［実施例３］

実施例１の珪藻土を平均粒径１０．３μｍのラヂオライト マイクロファイン（商品名、昭和化学工業株式会社製）に替えた以外は、実施例１と同様にトナー供給ローラ１を作成した。
［比較例１］

実施例１の珪素土添加部数を３質量部とした以外は、実施例１と同様にトナー供給ローラ１を作成した。
［比較例２］

実施例１の珪素土添加部数を２５質量部とした以外は、実施例１と同様にトナー供給ローラ１を作成した。
［比較例３］

実施例１の珪素土を、平均粒径１４μｍの珪藻土である「ラヂオライト＃６００」（商品名、東新化成株式会社製）とした以外は、実施例１と同様にトナー供給ローラ１を作成した。

実施例１乃至３では、平均粒径１２μｍ以下の珪藻土が１０又は１５質量部添加されているので、トナー搬送ローラ１表面のセル径標準偏差は１５０μｍ以下となり、セル径の分布は均一である、そして、当該ローラが組み込まれた現像装置を実装した電子写真装置による印字試験でも、良好な結果が得られた。実施例１，２によれば本発明の効果が得られることが分かる。

比較例１は、平均粒径６μｍの珪藻土を添加しているが、添加量が３質量部なので、トナー搬送ローラ１表面のセル径標準偏差は１５０μｍを越えてしまい、当該ローラを組み込んだ現像装置による印字評価でも、実使用において重大な問題となる事象の発生が認められた。

比較例２は、平均粒径６μｍの珪藻土を添加しているが、添加量が２５質量部なので、トナー搬送ローラ１表面のセル径標準偏差は１５０μｍを越えてしまい、当該ローラを組み込んだ現像装置による印字評価でも、実使用において重大な問題となる事象の発生が認められた。

比較例３は本発明に拠らない、平均粒径１４μｍの珪藻土を添加しているので、所望の効果は得られず、実使用において重大な問題となる事象の発生が認められた。

本発明に係るトナー現像ローラの斜視図である。 本発明に係る現像装置の一実施形態の要部横断面図である。

符号の説明

１ トナー供給ローラ
２ 現像装置
１１導電性発泡シリコーンゴム弾性体
１２金属製軸体
２１現像ローラ
２２トナーカートリッジ
２３感光体（感光ローラ）
２４ブレード
２５非磁性トナー

Claims (3)

1. 電子写真装置の現像装置内で使用されるトナー供給ローラであって、
   該トナー供給ローラは少なくとも外周面が導電性発泡シリコーンゴム弾性体により形成され、
   該導電性発泡シリコーンゴム弾性体は珪藻土を５〜２０質量部含有し、かつ、前記導電性発泡シリコーンゴム弾性体表面の発泡セル径の標準偏差が１５０μｍ以下であることを特徴とするトナー供給ローラ。
2. 前記珪藻土は、平均粒径が１２μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のトナー供給ローラ。
3. 請求項１又は２に記載のトナー供給ローラを用いたことを特徴とする電子写真装置用現像装置。
   

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