JP2009069299A - 現像ロール - Google Patents

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Abstract

【課題】層形成ブレードの押し当てに対する耐久性に優れ、トナーの横漏れが抑制され、長期に渡って安定して良好な画像を得ることができる現像ロールを提供する。
【解決手段】軸体11と、その外周に形成されるベースゴム層12と、上記ベースゴム層12の外周に形成される中間層13と、上記中間層13の外周に形成される最外層14とを備えた現像ロールであって、上記中間層13および最外層14が、下記の特性(α)〜(γ)を満たすよう設定されている。
(α)最外層の弾性率が500MPa以上。
(β)中間層の破断応力と破断伸びとの積が1000MPa・%以上。
(γ)ロール両端の非印字部における中間層の厚みが、ロール中央の印字部における中間層の厚みよりも厚い。
【選択図】図1

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に関するものであって、詳しくは、層形成ブレードの押し当てに対する耐久性に優れる現像ロールに関するものである。
電子写真複写機による複写は、通常、軸中心に回転する感光ドラムに原稿像を静電潜像として形成し、これにトナーを付着させてトナー像を形成し、ついで、このトナー像を複写紙に転写・定着することにより、行われる。上記感光ドラム表面に形成された静電潜像にトナー像を形成する際には、現像ロールを用いるのが一般的であり、詳しくは、摩擦帯電した現像ロール表面にトナーを薄層化した状態で担持させ、この薄層化したトナーを、現像ロールから感光ドラム表面の静電潜像に向かって飛翔させることにより、感光ドラム表面に対しトナー像の形成が行われる。そして、現像ロール表面に担持させるトナーを均一に薄層化するため、図3に示すように、現像ロール表面に対し、層形成ブレードの摺接(押し当て)が行われる。なお、図3において、1は現像ロールであり、2はトナーであり、3は層形成ブレードであり、図の矢印方向に現像ロール1が回転することにより、トナー2の薄層化が行われる。
上記現像ロールは、SUS等からなる金属軸体の同心円上に、導電性の弾性層(ベースゴム層)と、その弾性層上に、樹脂バインダー,導電剤,その他添加剤(粗面形成用粒子等)からなる単層ないし複数層の樹脂層とが積層された構成をとるのが一般的である(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−189341公報
ところで、近年、レーザービームプリンター(LBP)等の電子写真現像装置において、その高速化・小型化(現像ロールの小径化)に伴い、現像ロールの回転速度が上昇傾向にあり、また、トナーの荷電性を上げるために、上記層形成ブレードの押し当て力も大きくなる傾向にあることから、ロール表面の摩耗、特に、層形成ブレードの左右端部のエッジが当接する付近のロール表面の損傷が顕著となり、そこからトナーの横漏れが発生するといった問題がある。
このような問題を解決するため、たとえば、特許第3580340号公報には、ベースゴム層の上に、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂等からなる耐摩耗性に優れる最外層を形成し、ロール両端部で上記最外層を厚膜になるよう形成する手法が提案されている。
しかしながら、ウレタン樹脂等からなる最外層は、耐摩耗性に優れるが、ロールの滑り性が低下しやすいため、回転トルクが上昇し、画像形成が困難になるおそれがある。また、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等からなる最外層は、摩擦係数が低いが、耐摩耗性に劣り、ロール両端部の最外層の削れが発生する。そのため、未だ改良の余地がある。
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、層形成ブレードの押し当てに対する耐久性に優れ、トナーの横漏れが抑制され、長期に渡って安定して良好な画像を得ることができ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、本発明の現像ロールは、軸体と、その外周に形成されるベースゴム層と、上記ベースゴム層の外周に形成される中間層と、上記中間層の外周に形成される最外層とを備えた現像ロールであって、上記中間層および最外層が、下記の特性(α)〜(γ)を満たすよう設定されているという構成をとる。
(α)最外層の弾性率が500MPa以上。
(β)中間層の破断応力と破断伸びとの積が1000MPa・%以上。
(γ)ロール両端の非印字部における中間層の厚みが、ロール中央の印字部における中間層の厚みよりも厚い。
すなわち、本発明者らは、前記課題を解決するため鋭意研究を重ねた。その研究の過程で、本発明者らは、層形成ブレード端部のエッジが当接する付近の現像ロール表面が損傷し、トナーの横漏れが発生するといった問題が、ロール両端部の最外層の摩耗のみにより引き起こされているのではなく、ロール中間層が、層形成ブレード端部との擦れによるねじれに耐えきれずに破壊されることも大きな要因となっていることを突き止めた。そこで、最外層の特性のみに依存するのではなく、中間層等の構成を見直した結果、ブレード押圧によるねじれに耐えられるよう、中間層の強度を特定の値以上に設定し、また、ロール両端部(層形成ブレード端部が当接する付近の非印字部。図3参照。)の中間層の厚みを厚くすることによって中間層の破壊が抑制されるようにしたところ、トナー帯電性,耐フィルミング性等を確保するために最外層の弾性率を高く設定した場合であっても、層形成ブレード端部のエッジが当接する付近の現像ロール表面の損傷や、それによるトナーの横漏れが解消されるようになることを見いだし、本発明に到達した。
以上のように、本発明の現像ロールは、その中間層の破断応力と破断伸びとの積が特定の値以上に設定され、また、ロール両端部(非印字部)における中間層の厚みが厚く、さらに、ロール最外層の弾性率が特定の範囲に設定されている。そのため、本発明の現像ロールは、層形成ブレードの押し当てに対する耐久性に優れ、トナーの横漏れが抑制され、しかも、最外層の特性のみに依存する形で耐久性を確保していないことから、ロールの滑り性低下による回転トルクの上昇や画像形成の問題等も解消することができ、長期に渡って安定して良好な画像を得ることができる。
特に、ロール両端の非印字部における中間層の厚みが、ロール中央の印字部における中間層の厚みの150〜400%の範囲に設定されていると、トナー横漏れの抑制効果により優れるようになる。
また、ロール中央の印字部における中間層の厚みが、4〜7μmの範囲に設定されていると、現像ロールとして、より優れた性能を発揮することができる。
つぎに、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の現像ロールは、例えば、図1に示すように、軸体11の外周面に沿ってベースゴム層12が形成され、その外周面に中間層13が形成され、さらにその外周面に最外層14が形成されて、構成されている。そして、本発明の現像ロールでは、上記中間層13および最外層14が、下記の特性(α)〜(γ)を満たすよう設定されている。なお、下記の「ロール両端の非印字部」とは、層形成ブレード端部のエッジが当接する付近を示し、その幅は、通常、ロールの端から2〜10mmの範囲である。
(α)最外層14の弾性率が500MPa以上。
(β)中間層13の破断応力と破断伸びとの積が1000MPa・%以上。
(γ)ロール両端の非印字部における中間層の厚み13aが、ロール中央の印字部における中間層の厚み13bよりも厚い。
上記軸体11は特に制限するものではなく、例えば金属製の中実体からなる芯金や、内部を中空にくり抜いた金属製の円筒体等が用いられる。そして、その材料としては、ステンレス、アルミニウム、鉄にメッキを施したもの等があげられる。また、必要に応じ軸体11上に接着剤、プライマー等を塗布することができる。なお、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11の外周に形成されるベースゴム層12の形成材料としては、特に制限はなく、例えば、シリコーンゴム、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)、ポリウレタン系エラストマー等があげられる。なかでも、低硬度でへたりが少ないという点から、シリコーンゴムが特に好ましい。なお、ベースゴム層12形成材料としてシリコーンゴムを用いた場合には、ベースゴム層12外周面を、コロナ放電、プラズマ放電等により活性化させる工程や、さらにその後、プライマーを塗布する工程を行ってもよい。
上記ベースゴム層12形成材料には、導電剤を適宜に添加してもよい。上記導電剤としては、従来から用いられているカーボンブラック、グラファイト、チタン酸カリウム、酸化鉄、c−TiO2 、c−ZnO、c−SnO2 、イオン導電剤(四級アンモニウム塩、ホウ酸塩、界面活性剤等)等があげられる。なお、上記「c−」は、導電性を有するという意味である。
上記ベースゴム層12の外周に形成される中間層13は、ブレード押圧によるねじれに耐えられるよう、先に述べたように、その破断応力と破断伸びとの積〔(破断応力)×(破断伸び)〕が1000MPa・%以上となるよう設定する必要がある。好ましくは、中間層13の破断応力と破断伸びとの積が1000〜10000MPa・%の範囲であり、より好ましくは2000〜7000MPa・%の範囲である。
また、上記中間層13は、ブレード押圧による中間層の破壊およびトナーの横漏れが解消されるよう、ロール両端の非印字部における中間層の厚み13aが、ロール中央の印字部における中間層の厚み13bよりも厚くなるよう形成する必要がある。そして、この効果は、非印字部における中間層の厚みが、印字部における中間層の厚みの150〜400%の範囲に設定されていると、より好ましく得られるようになる。また、ロール中央の印字部における中間層の厚み13bが、4〜7μmの範囲に設定されていると、現像ロールとしてより優れた性能を発揮することができる。
上記中間層13の形成材料としては、先に述べたような特性を満たすものであれば、特に制限はなく、例えばアクリロニトリル−ブタジエンゴム(ニトリルゴム)(以下「NBR」と略す)、水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴム(水素化ニトリルゴム)(以下「H−NBR」と略す)、ポリウレタン系エラストマー、クロロプレンゴム(CR)、天然ゴム、ブタジエンゴム(BR)、ブチルゴム(IIR)等があげられる。なかでも、接着性およびコーティング液の安定性の点から、H−NBRが特に好ましい。
上記中間層13形成材料には、粗面形成用粒子(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、シリコーン樹脂等からなる粒子)、導電剤、硫黄等の加硫剤、グアニジン、チアゾール、スルフェンアミド、ジチオカルバミン酸塩、チウラム等の加硫促進剤、ステアリン酸、亜鉛華(ZnO)、軟化剤等を適宜に添加してもよい。なお、導電剤としては、前記と同様のものが用いられる。
上記中間層13の外周に形成される最外層14は、トナー帯電性,耐フィルミング性等を確保するため、その弾性率が500MPa以上である必要がある。すなわち、弾性率が500MPa未満であると、トナー帯電性,耐フィルミング性等の確保が困難となる他、ロール表面にタック性が出るため、ロールの回転に支障をきたすからである。そして、最外層14の弾性率は、500〜3000MPaの範囲であると、ロールの滑り性低下による回転トルクの上昇や画像形成の問題等も解消することができるため、好ましい。また、上記最外層14は、ひび割れを生じない点で、その破断伸びが10%以上であることが好ましく、より好ましくは、破断伸び50〜200%の範囲である。
上記最外層14の形成材料としては、先に述べたような特性を満たすものであれば、特に制限はなく、例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、アミド樹脂、セルロース、エポキシ樹脂等があげられる。これらは単独であるいは二種以上併せて用いられる。なかでも、トナー帯電性に優れる点で、アクリル樹脂が好適に用いられる。
上記最外層14形成材料には、必要に応じて、導電剤、安定剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、補強剤、滑剤、離型剤、染料、顔料、難燃剤、オイル等を適宜に添加することも可能である。
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、前記ベースゴム層12用の各成分をニーダーやロール等の混練機を用いて混練し、ベースゴム層12形成材料(組成物)を調製する。また、前記中間層13用の各成分を有機溶剤に配合して溶解することにより中間層13形成用のコーティング液を調製する。さらに、前記最外層14用の各成分を有機溶剤に配合して溶解し、最外層14形成用のコーティング液を調製する。
上記中間層13および最外層14形成用のコーティング液を調製する際に用いられる有機溶剤としては、特に限定するものではないが、例えば、メチルエチルケトン(MEK)、トルエン、アセトン、メチルイソブチルケトン、テトラヒドロフラン等があげられる。これらは単独であるいは二種以上併せて用いられる。
なお、上記中間層13および最外層14形成用のコーティング液としては、有機溶剤を除く配合成分の割合が、コーティング液全体の20重量%程度の濃度となるよう設定することが好ましい。
つぎに、図2に示すように、軸体(芯金)11を準備し、その外周面に必要に応じて接着剤、プライマー等を塗布した後、下蓋15を外嵌した円筒型16内に上記軸体11をセットする。そして、前記ベースゴム層12形成材料を注型等した後、上記円筒型16に上蓋17を外嵌する。ついで、上記ロール型全体を加熱して上記ベースゴム層12形成材料を架橋し(150〜220℃×30分)、ベースゴム層12を形成する。続いて、このベースゴム層12が形成された軸体11を脱型し、必要に応じ反応を完結させる(200℃×4時間)。このようにして、軸体11の外周面に沿ってベースゴム層12が形成されたベースロールを作製する。ついで、必要に応じベースロール表面にコロナ放電処理を行う。さらに必要に応じベースロール表面にカップリング剤の塗布を行う。そして、上記ベースゴム層12の外周に、中間層13形成用のコーティング液を、ロールコート法により、ロール両端の非印字部におけるコーティングのスピードが他の部分のスピードより遅くなるようコーティングのスピード(コーティング用ローラ移動速度)を変えながら、ベースロール両端(非印字部)において厚塗り(重ね塗り)になるようコーティングする。詳しくは、ベースロールを垂直にし、その状態で回転させながら、ベースロール外周面に、コーティング用ローラを当接させ、その当接部にコーティング液を供給しつつ、コーティング用ローラを、垂直方向に上から下へ回転させながら移動させ、そのコーティング用ローラの移動速度を、上記のように変えながらコーティングする。その後、乾燥および加熱処理(例えば、120〜200℃×20〜90分)を行うことにより、ベースゴム層12の外周に中間層13を形成する。さらに、上記中間層13の外周に最外層14形成用のコーティング液をディッピング法、スプレーコーティング法、ロールコート法等により塗布した後、乾燥および加熱処理(例えば、120〜200℃×20〜90分)を行うことにより、最外層14を形成する。これにより、目的とする三層構造の現像ロール(図1参照)を作製することができる。なお、上記中間層両端の厚塗りは、上記のようにロールコート法によるのが簡易的であるため好ましいが、ロール両端への複数回のディッピングやスプレーコーティングによっても行うことは可能である。
この現像ロールにおいて、ベースゴム層12の厚みは、0.5〜10mmの範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは3〜6mmである。また、中間層13の厚みは、先に述べたように、ロール中央の印字部における厚み13bが、4〜7μmの範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは5〜6μmである。また、ロール両端の非印字部における厚み13aが、6〜25μm(但し、厚み13bよりも厚く設定する)の範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは8〜15μmである。そして、最外層14の厚みは1〜20μmの範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは3〜10μmである。すなわち、このような範囲に設定することによって、現像ロールとしてより優れた性能を発揮することができる。なお、図1では、最外層14が、中間層13の外周に沿った形状となっているが、本発明ではこれに限定されず、たとえばロール外周面が円筒状となるよう、最外層14を形成してもよい。
なお、本発明の現像ロールの一例として、図1に示すような三層構造のものをあげたが、必要に応じ、ベースゴム層12と中間層13との間に軟化剤移行防止層を介在させてもよい。
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。ただし、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
まず、実施例および比較例に先立ち、現像ロールの最外層用材料として、下記に示す材料を準備した。
〔アクリル樹脂〕
パラクロンW−197(Tg=18℃、OH価=8. 6)、根上工業社製
〔PVDF樹脂〕
カイナーSL(比重1. 88)、アトフィナジャパン社製
〔ポリエステル樹脂(1)〕
バイロンGK78CS(Tg=36℃、比重1. 26、OH価=11、酸価=3の溶剤溶解品)、東洋紡社製
〔ポリエステル樹脂(2)〕
バイロンGK15CS(Tg=20℃、比重1. 25、OH価=7、酸価=5の溶剤溶解品)、東洋紡社製
〔シリコーン変性アクリル樹脂〕
X−24−798A(Tg=40℃、変性率30%)、信越化学工業社製
〔ウレタン樹脂〕
ニッポラン5196(カーボネート系ウレタン樹脂、Tg=−27℃)、日本ポリウレタン社製
〔ポリオール(1)〕
PTMG1000(2官能ポリエーテルポリオール、Mn1000)、三菱化学社製
〔ポリオール(2)〕
アデカポリエーテルGR−2505(3官能ポリエーテルポリオール、Mn2500)、旭電化工業社製
〔MDI〕
コスモネートPH、三井化学社製
〔カーボンブラック〕
ショウブラックIP1500、昭和キャボット社製
〔ウレタンビーズ〕
アートパールC−400(粒径15μm)、根上工業社製
〔実施例1〜6、比較例1〜3〕
中間層形成材料および最外層形成材料に関し、それぞれ、まず、下記の表1に示す各成分を、同表に示す割合で配合し、これを有機溶剤(MEK)に配合し溶解することにより、20重量%濃度のコーティング液(中間層および最外層形成用のコーティング液)となるよう調製した。
Figure 2009069299
つぎに、上記調製により得られた各層の形成材料を用い、現像ロールの作製を行った。すなわち、軸体となる芯金(直径6mm、SUS304製)をセットした金型内に、ベースゴム層用材料として導電性シリコーンゴム(信越化学社製、X−34−264 A/B)を充填した後、所定の条件で加熱架橋を行った。その後、脱型して、軸体の外周面に沿ってベースゴム層が形成されたベースロールを作製した。ついで、上記ベースロールの外周面に、上記調製の中間層形成材料(コーティング液)を前記ロールコート法によりコーティングのスピード(コーティング用ローラの移動速度)を変えながら、ロール両端(非印字部)において厚塗り(重ね塗り)になるようコーティング(比較例1では均厚にコーティング)した後、200℃×30分の条件で加熱架橋を行い、中間層を形成した。さらに、上記中間層の外周面に沿って上記調製の最外層形成材料(コーティング液)を塗布し、200℃×30分の条件で加熱架橋を行い、最外層を形成した。このようにして、ベースゴム層の外周面に中間層が形成され、さらにその外周面に最外層が形成された三層構造の現像ロールを作製した(図1参照)。なお、このロールにおいて、ベースゴム層の厚みは3mmであり、中間層の厚み(印字部膜厚および非印字部膜厚)は後記の表2に示すとおりであり、最外層の厚みは5μmであり、上記印字部は、ロール中央の、幅210mmの範囲であり、上記非印字部は、ロール両端の、幅10mmの範囲である。
このようにして得られた各現像ロールについて、下記の基準に従い、各特性の比較評価および測定を行った。これらの結果を後記の表2に併せて示した。
〔最外層弾性率〕
現像ロールの最外層用材料を用いて、JIS K7161:1994に準じて、引張弾性率(MPa)を測定した。なお、引張速度は、毎分10±2.0mmとした。
〔中間層の破断応力〕
現像ロールの中間層用材料からなるサンプルシートを、JIS3号ダンベルで打ち抜き、JIS K6251:2004に準拠して、破断応力(MPa)〔切断時引張応力(TSb )〕を測定した。
〔中間層の破断伸び〕
現像ロールの中間層用材料からなるサンプルシートを、JIS3号ダンベルで打ち抜き、JIS K6251:2004に準拠して、破断伸び(%)〔切断時伸び(Eb )〕を測定した。
〔非印字部トナー漏れ〕
レーザープリンター(Color Laser Jet 3800dn、ヒューレットパッカード社製)に現像ロールを組み込み、23℃×53%RH環境下で3000枚画出し後、現像ロールに摺接されている層形成ブレードのエッジ部において、トナー漏れが発生しない場合を○、トナー漏れが発生する場合を×と評価した。
〔駆動部トルク〕
レーザープリンター(Color Laser Jet 3800dn、ヒューレットパッカード社製)に現像ロールを組み込み、23℃×53%RH環境下で画出しを行った。そして、その画出しの初期時点で、現像ロールが駆動する(駆動トルクが小さい)場合を○、現像ロールが駆動しない(駆動トルクが大きい)場合を×と評価した。
Figure 2009069299
上記表の結果から、実施例品はいずれも、その最外層の弾性率が500MPa以上であり、中間層の破断応力と破断伸びとの積が1000MPa・%以上であり、かつ、ロール両端の非印字部における中間層の厚みが、ロール中央の印字部における中間層の厚みよりも厚いため、非印字部でトナー漏れが発生しておらず、現像ロールの駆動部トルクも小さい。このことから、実施例品の使用により、長期に渡って良好な複写画像が得られるようになることがわかる。
これに対し、比較例1品は、中間層の厚みが均厚であるため、非印字部でトナー漏れやブレード押圧による中間層の破壊が発生している。比較例2品は、中間層の破断応力と破断伸びとの積が1000MPa・%未満であるため、層形成ブレードの押圧によるねじれに対する耐久性に劣り、非印字部でトナー漏れが発生している。比較例3品は、最外層の弾性率が500MPa未満であるため、最外層のタック性が大きくなり(摩擦係数が大となり)、駆動部モーターの許容範囲を超えるため、ロールが回転しないといった問題が生じている。
本発明の現像ロールの一例を示す断面図である。 本発明の現像ロールの製造過程を示す説明図である。 電子写真複写機における現像ロールと層形成ブレードの使用態様を示す説明図である。
符号の説明
11 軸体
12 ベースゴム層
13 中間層
14 最外層

Claims (3)

  1. 軸体と、その外周に形成されるベースゴム層と、上記ベースゴム層の外周に形成される中間層と、上記中間層の外周に形成される最外層とを備えた現像ロールであって、上記中間層および最外層が、下記の特性(α)〜(γ)を満たすよう設定されていることを特徴とする現像ロール。
    (α)最外層の弾性率が500MPa以上。
    (β)中間層の破断応力と破断伸びとの積が1000MPa・%以上。
    (γ)ロール両端の非印字部における中間層の厚みが、ロール中央の印字部における中間層の厚みよりも厚い。
  2. 非印字部における中間層の厚みが、印字部における中間層の厚みの150〜400%の範囲に設定されている請求項1記載の現像ロール。
  3. 印字部における中間層の厚みが、4〜7μmの範囲に設定されている請求項1または2記載の現像ロール。
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