JP2007171849A - 現像ロールの製法およびそれによって得られる現像ロール - Google Patents

Abstract

【課題】安定した表面粗さを有し、長期にわたって画像不良を生じることのない、優れた現像ロールの製法と、それによって得られる現像ロールを提供する。
【解決手段】軸体１０の外周面に形成されたゴム弾性層１１と、上記ゴム弾性層１１の外周に形成されたコート層１２とを備えた現像ロールの製法であって、平均粒径３〜２０μｍの粗面形成用粒子１３が、ゴム成分１００重量部に対し２〜２５重量部含有されたゴム弾性層形成用材料を準備する工程と、上記軸体１０の外周面に、上記ゴム弾性層形成用材料を押し出し成形することにより、上記粗面形成用粒子１３に起因する凹凸が表面に形成されたゴム弾性層１１を得る工程と、上記ゴム弾性層１１の外周面に、粗面形成用粒子１３を含有しないコーティング液を塗工することにより、上記ゴム弾性層１１表面の凹凸に起因する凹凸が表面に形成されたコート層１２を得る工程とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真複写機、プリンター等に用いられる現像ロールの製法およびそれによって得られる現像ロールに関するものである。

電子写真複写機等の現像ロールには、トナー帯電性およびトナー搬送性が要求される。そして、これらの性能を発現させるため、そのロール表面を均一に粗面化することが重要となる。このような現像ロールとしては、例えば、図３に示すように、軸体１の外周面に、金型成形により一体的にゴム弾性層２が形成され、さらにその外周面に、粗面形成用粒子３を分散したコーティング液を塗工してなる表面層４が形成された現像ロールがあげられる（例えば特許文献１参照）。

また、図４に示すように、ゴム弾性層２の外周面に、粗面形成用粒子３を分散したコーティング液を塗工してなる中間層５が形成され、さらにその外周面に、粗面形成用粒子３を含有しないコーティング液を塗工してなる表面層６が形成された現像ロールも提案されている（例えば特許文献２参照）。
特開２００２−３０４０５３公報 特開２００２−３５７９４９公報

しかしながら、上記特許文献１のように、表面層４に含有された粗面形成用粒子３によって凹凸粗面を形成したものは、その表面層４の表面にあらわれる凹凸形状において、凹部が比較的深く形成されやすいため、その深くなっている部分にトナーの外添剤が堆積するトナーフィルミングが起こり、画像むらの発生やかぶり特性の悪化によって画像不良を引き起こすおそれがある。また、表面層４を形成するためにコーティング液を塗工する際、粗面形成用粒子３が、沈降等によって不均一になりやすいため、得られる表面層４の表面粗さが場所ごとに異なって安定した粗さが得られないという問題がある。

一方、上記特許文献２のものは、粗面形成用粒子３を分散含有させた中間層５の外周が、粗面形成用粒子３を含有しない表面層６で被覆されており、凹凸形状が比較的なだらかになるため、トナーフィルミングは生じにくく、画像不良についてはかなり改善されている。しかしながら、中間層５を形成する際、上記の例と同様、コーティング液を塗工する際、粗面形成用粒子３が、沈降等によって不均一になりやすいため、得られる中間層５の表面粗さが場所ごとに異なるものとなり、表面層６の表面において安定した粗さが得られないという問題が解決されていない。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、安定した表面粗さを有し、長期にわたって画像不良を生じることのない、優れた現像ロールの製法と、それによって得られる現像ロールの提供を、その目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、軸体の外周面に、直接もしくは他の層を介して形成されたゴム弾性層と、上記ゴム弾性層の外周に形成されたコート層とを備えた現像ロールの製法であって、平均粒径３〜２０μｍの粗面形成用粒子が、ゴム成分１００重量部に対し２〜２５重量部含有されたゴム弾性層形成用材料を準備する工程と、上記軸体の外周面、もしくは軸体の外周に形成された他の層の外周面に、上記ゴム弾性層形成用材料を押し出し成形することにより、上記粗面形成用粒子に起因する凹凸が表面に形成されたゴム弾性層を得る工程と、上記ゴム弾性層の外周面に、粗面形成用粒子を含有しないコーティング液を塗工することにより、上記ゴム弾性層表面の凹凸に起因する凹凸が表面に形成されたコート層を得る工程とを備えた現像ロールの製法を第１の要旨とする。

また、本発明は、そのなかでも、特に、上記押し出し成形されたゴム弾性層の表面粗さ（Ｒａ）が、０．５〜２．５μｍに設定され、その外周面に形成されたコート層の表面粗さ（Ｒａ）が、０．４〜２．０μｍに設定されている現像ロールの製法を第２の要旨とする。

そして、本発明は、上記第１または第２の要旨である現像ロールの製法によって得られる現像ロールを第３の要旨とする。

すなわち、本発明者らは、前記の課題を解決するために、現像ロール表面において、均一な表面粗さを得る方法について一連の研究を重ねた。その結果、粗面形成用粒子を含むコーティング液を塗工して凹凸粗面を有する表面層や中間層を形成すると、粗面形成用粒子の沈降等によって、ある程度凹凸にばらつきが生じるのは避けられないことが判明した。そこで、粗面形成用粒子を含むコーティング液を塗工する方法とは全く異なる凹凸の形成方法について、さらに研究を重ねた結果、粗面形成用粒子を配合したゴム弾性層形成材料を、軸体の外周に押し出し成形することによりゴム弾性層の表面に凹凸を形成し、さらにその表面を、粗面形成用粒子を含まないコート層で被覆すると、上記ゴム弾性層表面の凹凸に起因する凹凸がコート層表面に形成され、全体に均一な凹凸粗面を有する現像ロールが得られることを見いだし、本発明に到達した。

本発明の現像ロールの製法によれば、従来、金型成形により行っていたゴム弾性層形成工程を、押し出し成形に置き換えるだけで、従来得ることが容易でなかった、全体に均一な凹凸粗面を有する現像ロールを、簡単に得ることができ、実用的効果が高い。

そして、本発明の現像ロールの製法のなかでも、特に、押し出し成形により形成されたゴム弾性層の表面粗さ（Ｒａ）が０．５〜２．５μｍとなるよう調製し、その外周面に形成されたコート層の表面粗さ（Ｒａ）が０．４〜２．０μｍとなるよう調製すると、より優れた特性を備えた現像ロールを得ることができる。

また、本発明の製法によって得られる現像ロールは、その外周面が、全体に均一な凹凸粗面になっているため、トナー搬送性能に優れ、しかも長期使用によってもトナー帯電むらを生じることがない。したがって、長期にわたって良好な画像を得ることができる。そして、粗面形成用粒子が完全にコート層で被覆されて表面には露出しないため、帯電性、耐摩耗性の制限がなく、粒子選択の幅を広げることができる。

つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。なお、本発明は、この実施の形態に限られるものではない。

本発明の現像ロールの一実施の形態を図１に示す。この現像ロールは、軸体１０と、この軸体１０の外周面に沿って形成されたゴム弾性層１１と、このゴム弾性層１１の外周に形成されたコート層１２とを備えている。

そして、上記ゴム弾性層１１には、その模式的な拡大断面図である図２に示すように、粗面形成用粒子１３が分散含有されており、上記粗面形成用粒子１３に起因する凹凸が、ゴム弾性層１１の表面に形成されている。また、上記ゴム弾性層１１表面の凹凸に起因する凹凸が、コート層１２の表面に形成されている。

上記軸体１０としては、特に限定されるものではなく、例えば、金属製の中空体や中実体が用いられる。そして、その材質としては、ステンレス、アルミニウム等があげられる。そして、上記軸体１０の外周面には、ゴム弾性層の接着性を高めるため、必要に応じて、接着剤、プライマー等を塗布してもよく、また上記接着剤、プライマー等は必要に応じて導電化してもよい。

上記軸体１０の外周面に形成されるゴム弾性層１１の、ゴム弾性部分（粗面形成用粒子１３を除く部分）の形成用材料としては、例えばエチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、シリコーンゴム、ポリウレタン系エラストマー等によって形成される。なかでも、低硬度でへたりが少ないという点から、導電性シリコーンゴムを用いることが好ましい。そして、これらのゴム材料には、導電剤やシリコーンオイル等、各種の添加剤を適宜に配合することができる。

上記導電剤としては、カーボンブラック、グラファイト、チタン酸カリウム、酸化鉄、ｃ−ＴｉＯ₂ 、ｃ−ＺｎＯ、ｃ−ＳｎＯ₂ （ここで「ｃ−」は導電性を有するという意味）等の各種のものがあげられる。また、シリコーンオイルとしては、ジメチルシリコーンオイル等の各種のものがあげられる。

また、上記ゴム弾性部分の形成用材料とともに用いられる粗面形成用粒子１３は、特に限定されるものではなく、例えば、シリカ，ウレタン樹脂，ポリアミド樹脂，フッ素樹脂，アクリル樹脂，尿素樹脂等があげられる。これらは、単独で用いてもよいし、２種以上併用してもよい。なお、上記粗面形成用粒子１３が、一定の弾性を有する弾性粒子である場合には、上記粗面形成用粒子１３がトナーに与えるストレスが小さいため、トナーがつぶれて帯電性が損なわれるおそれが小さく、好適である。

また、上記粗面形成用粒子３の平均粒径は、通常、３〜２０μｍの範囲に設定され、なかでも、５〜１５μｍに設定することが好適である。すなわち、平均粒径が３〜２０μｍの範囲を外れると、現像ロールに要求されるトナー帯電性とトナー搬送性とを具備させることが困難となるからである。なお、上記粗面形成用粒子３の平均粒径は、母集団から任意に抽出される試料を用いて導出される値である。また、粒子形状が真球状ではなく楕円球状（断面が楕円の球）等のように一律に粒径が定まらない場合には、最長径と最短径との単純平均値をその粒子の粒径とする。

上記粗面形成用粒子３の分散割合は、上記ゴム弾性層１１の、ゴム弾性部分の形成用材料（粗面形成用粒子１３を除く材料）１００重量部（以下「部」と略す）に対し２〜２５部の範囲に設定しなければならない。なかでも、５〜１５部に設定することが好適である。すなわち、上記粗面形成用粒子３の分散量が多すぎても少なすぎても、ロール表面において、均一かつ最適な凹凸粗面が得られないからである。

一方、コート層１２の形成用材料としては、特に限定するものではなく、例えば、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、アクリルシリコーン樹脂、ブチラール樹脂（ＰＶＢ）等があげられ、これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。なかでも、耐摩耗性の点で、ウレタン樹脂が好適に用いられる。なお、上記成分以外に、必要により、導電剤、帯電制御剤等を適宜に添加してもよい。

そして、上記コート層１２の形成用材料は、有機溶剤に溶解等され、コーティング液として使用に供される。上記有機溶剤としては、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、メタノール、トルエン、イソプロピルアルコール、メチルセロソルブ、ジメチルホルムアミド等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。特に、メチルエチルケトンを用いることが、上記形成用材料に対する溶解性の点で好ましい。このようなコーティング液は、粘度を０．０２〜０．１０Ｐａ・ｓにすることが、塗工性、ロール表面における粗さのばらつきに与える影響等の点で好ましい。

本発明の現像ロールは、例えば、つぎのようにして作製することができる。

すなわち、まず、上記ゴム弾性層１１の形成用材料として、前記ゴム弾性部分の形成用材料と粗面形成用粒子１３とを、ニーダー等の混練機で混練し、ゴム弾性層１１の形成用材料を作製する。つぎに、軸体１０の外周面に、上記ゴム弾性層１１形成用材料を押し出し、加熱して加硫（条件：１３０〜２００℃×５〜６０分）させることにより、上記押し出し層を硬化させてゴム弾性層１１を形成する。

一方、コート層１２の形成用材料を有機溶剤に溶解させて、コート層１２形成用のコーティング液を作製する。

そして、上記ゴム弾性層１１の外周面に、上記コート層１２形成用のコーティング液を塗工する。塗工法は特に制限するものではなく、ディッピング法、スプレー法、ロールコート法等の従来の方法が適用できる。そして、塗工後、乾燥および加熱処理（加硫処理、条件：１２０〜２００℃×２０〜９０分）を行うことにより、上記塗工されたコーティング液の溶液中の溶剤の除去を行い、コート層１２を形成する。このようにして、図１に示すような三層構造の現像ロールを作製することができる。

上記現像ロールにおいて、ゴム弾性層１１の厚みは１〜１０ｍｍの範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは２〜６ｍｍである。また、コート層１２の厚みは３〜３０μｍの範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは８〜２５μｍである。なお、上記ゴム弾性層１１の厚み、コート層１２の厚みは、現像ロールの軸方向に対し垂直な断面試料を採取し、これの顕微鏡写真に基づき測定して得ることができる。

また、上記現像ロールにおいて、軸体１０の外周面に押し出し成形されたゴム弾性層１１の表面粗さ（Ｒａ）は、０．５〜２．５μｍに設定されていることが好ましく、より好ましくは、０．８〜２．０μｍである。そして、上記ゴム弾性層１１の外周面に形成されたコート層１２の表面粗さ（Ｒａ）は、０．４〜２．０μｍの範囲内になっていることが好ましく、より好ましくは、０．５〜１．４μｍの範囲である。

すなわち、上記コート層１２の表面粗さ（Ｒａ）が０．４μｍ未満であると、上記コート層１２の表面が平滑すぎるため、トナーの供給が不足し、画像濃度が薄くなるおそれがあり、逆に２．０μｍを超えると、上記コート層１２の表面が粗すぎて複写画像の画質にむらが生じるおそれがあるからである。

なお、上記表面粗さ（Ｒａ）は、ＪＩＳ Ｂ０６０１：１９９４に従って求められるもので、接触式表面粗さ計（サーフコム４８０Ａ、東京精密社製）を用い、下記の測定条件で測定される９点の測定値を平均した値である。
〔測定条件〕
触針径 ：２μｍ
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
測定個所 ：軸方向３点×周方向３点の９点

また、本発明の現像ロールは、図１に示す三層構造のものに限るものではない。例えば、ロールの用途や要求される特性等に応じて、軸体１０とゴム弾性層１１との間に、適宜の数の中間層を形成して四層以上の層構造とすることができる。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

〔実施例１〕
まず、芯金となる軸体として、アルミニウム製芯金（外径６ｍｍ）を準備し、上記芯金の外周面に接着剤を塗布した。一方、下記の組成からなるゴム弾性層の形成用材料をニーダーにて混練したのち、クロスヘッド押出機（イー・エム技研社製、ダイス径１２．５５ｍｍ）を用い、上記芯金の外周面に円筒状に押し出し、加熱処理（１７０℃×３０ｍｉｎ）を行うことにより加硫して、芯金と一体化されたゴム弾性層を得た。

〔ゴム弾性層の形成用材料の組成〕
シリコーンゴム（ＴＣＭ５４０６Ｕ、ＧＥ東芝シリコーン社製） １００ 部
弾性粒子（架橋ウレタンビーズ、Ｃ−８００透明、根上工業社製：平均粒径６μｍ）
５ 〃
架橋剤（ヒドロシリル架橋剤、ＴＣ−２３Ｂ、ＧＥ東芝シリコーン社製） １．２〃 触媒（白金触媒 ＴＣ−２３Ａ、ＧＥ東芝シリコーン社製） ０．５〃

つぎに、下記の組成からなるコート層の形成用材料を調製した後、上記ゴム弾性層の外周面に、ロールコート法により塗工し、乾燥処理（１８０℃×３０ｍｉｎ）を行うことによりコート層を形成し、三層構造の現像ロールを作製した（図１参照）。なお、この現像ロールのゴム弾性層の厚みは３ｍｍであり、コート層の厚みは１５μｍである。

〔コート層の形成用材料の組成〕
ＰＣＤウレタン樹脂（Ｎ５２３０、日本ポリウレタン工業社製） １００ 部
カーボンブラック（ダイアブラック♯３０３０、三菱化学社製） ３０ 〃
ＭＤＩ（コロネートＨＸ、日本ポリウレタン工業社製） ３０ 〃

〔実施例２〕
ゴム弾性層の形成用材料において、粗面形成用粒子として、弾性粒子に代えて、非弾性粒子（架橋アクリル粉体 ＭＸ−５００、綜研化学社製：平均粒径５μｍ）を５部用いた。それ以外は、上記実施例１と同様にして、現像ロールを作製した。

〔実施例３〜８、比較例１〜４〕
後記の表１〜表３に示すように、現像ロールの構成を代えた。それ以外は、上記実施例１と同様にして、現像ロールを得た。

〔比較例５〕
下記のようにして、図４に示す構成の現像ロールを作製した。すなわち、まず、軸体としてアルミニウム製芯金を準備し、上記芯金の外周面に接着剤を塗布した。ついで、円筒状金型の中空部に、上記芯金をセットし、円筒状金型と芯金との空隙部に、シリコーンゴムコンパウンドを注型した後、金型に蓋をし、これを加熱（１８０℃×５分）して、シリコーンゴムコンパウンドを加硫し、その後脱型して、ゴム弾性層付き芯金を作製した。つぎに、ポリウレタン系エラストマー（ＵＮ２７８、坂井化学社製）１００部と、カーボンブラック２０部と、架橋剤１０部と、ＭＥＫ４００部とを混合して得られるポリマーの溶液に、平均粒径２０μｍのウレタン樹脂からなる粗面形成用粒子（バーノックＣＦＢ１００、大日本インキ化学工業社製）２０部を分散して混合、攪拌することにより、中間層形成用溶液を調製した。また、ウレタン樹脂（ニッポラン５１９９、日本ポリウレタン工業社製）１００部と、カーボンブラック２０部と、ＭＥＫ４００部とを混合することにより、表面層形成用溶液を調製した。そして、上記ゴム弾性層の外周面に、上記中間層形成用溶液をロールコート法により塗工した後、乾燥および加熱処理を行ない、中間層を形成した。さらに、上記中間層の外周面に、上記表面層形成用溶液をロールコート法により塗工した後、乾燥および加熱処理を行ない、表面層を形成した。この現像ロールのゴム弾性層の厚みは３ｍｍであり、中間層の厚みは１０μｍであり、表面層の厚みは１５μｍである。

上記実施例１〜８、比較例１〜５の各現像ロールについて、下記の方法に従って、表面粗さ（Ｒａ）と耐久後の画像評価について評価を行い、その結果を後記の表１〜表３に併せてに示した。

〔表面粗さ（Ｒａ）〕
実施例１〜８、比較例１〜４の現像ロールについては、まず、ゴム弾性層を形成した時点において、その表面の表面粗さ（Ｒａ）を前述の方法にしたがって求めた。また、上記ゴム弾性層の外周面にコート層を形成した時点において、その表面（現像ロール表面）の表面粗さ（Ｒａ）を、同様にして求めた。また、比較例５の現像ロールについては、表面層の表面粗さ（Ｒａ）のみを求めた。

〔画像評価〕
現像ロールを電子写真プリンターに組み込み、実際に１万枚のプリントを行った。そして、そのプリント画像を目視により観察し、プリント画像に問題がなく、細線にいたるまで鮮明にプリントされたものを○、かすれやかぶり等がわずかに発生したものを△、かすれやかぶり等が明らかに発生したものを×とした。なお、かすれとは、細線がとぎれたものをいい、かぶりとは、イメージのないところにトナーが飛んでいるものをいう。

上記表１〜表３の結果から、実施例品はいずれも、耐久後の画像評価が良好であるのに対し、比較例品はいずれも、耐久後の画像評価が悪いことがわかる。

本発明の現像ロールの一実施例を示す断面図である。 上記実施例の模式的な部分拡大断面図である。 従来の現像ロールの模式的な部分拡大断面図である。 従来の他の現像ロールの模式的な部分拡大断面図である。

符号の説明

１０ 軸体
１１ ゴム弾性層
１２ コート層
１３ 粗面形成用粒子

Claims (3)

1. 軸体の外周面に、直接もしくは他の層を介して形成されたゴム弾性層と、上記ゴム弾性層の外周に形成されたコート層とを備えた現像ロールの製法であって、平均粒径３〜２０μｍの粗面形成用粒子が、ゴム成分１００重量部に対し２〜２５重量部含有されたゴム弾性層形成用材料を準備する工程と、上記軸体の外周面、もしくは軸体の外周に形成された他の層の外周面に、上記ゴム弾性層形成用材料を押し出し成形することにより、上記粗面形成用粒子に起因する凹凸が表面に形成されたゴム弾性層を得る工程と、上記ゴム弾性層の外周面に、粗面形成用粒子を含有しないコーティング液を塗工することにより、上記ゴム弾性層表面の凹凸に起因する凹凸が表面に形成されたコート層を得る工程とを備えたことを特徴とする現像ロールの製法。
2. 上記押し出し成形されたゴム弾性層の表面粗さ（Ｒａ）が、０．５〜２．５μｍに設定され、その外周面に形成されたコート層の表面粗さ（Ｒａ）が、０．４〜２．０μｍに設定されている請求項１記載の現像ロールの製法。
3. 上記請求項１または２記載の製法によって得られることを特徴とする現像ロール。

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