JP2021047294A - 導電性ロール、導電性ロールの製造方法、転写装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献2には、表面がエーテル系ウレタンフォームを含む高分子発泡材料である現像剤供給ローラであって、表面の面粗度が40μm以上140μm以下である現像剤供給ローラが開示されている。ここに面粗度は、測定長さ40mm、測定間隔1mm、測定点数40点とし、全測定点の基準線からの変位の標準偏差である。
<2> 前記積算値Stが410μm以下である、<1>に記載の導電性ロール。
<3> 支持部材と、前記支持部材上に配置された導電性発泡弾性層と、を備え、前記導電性発泡弾性層の外周面の軸方向の凹凸波形を高速フーリエ変換して得た周期(μm)と振幅(μm)のスペクトルにおいて周期300μmの振幅A300が3.6μm以下である、導電性ロール。
<4> 前記振幅A300が3.0μm以下である、<3>に記載の導電性ロール。
<5> 前記導電性発泡弾性層の外周面の軸方向の凹凸波形を高速フーリエ変換して得た周期(μm)と振幅(μm)のスペクトルにおいて周期300μmの振幅A300と周期100μmの振幅A100との比A300/A100が1以上3以下である、<1>〜<4>のいずれか1項に記載の導電性ロール。
<6> 前記比A300/A100が1以上2.5以下である、<5>に記載の導電性ロール。
<7> 支持部材上に配置された導電性発泡弾性層の外周面を研磨すること、及び研磨後の前記導電性発泡弾性層の外周面を加熱ロールと回転接触させること、を含む、<1>〜<6>のいずれか1項に記載の導電性ロールの製造方法。
<8> <1>〜<6>のいずれか1項に記載の導電性ロールを備える転写装置。
<9> 像保持体と<8>に記載の転写装置とを備え、画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジ。
<10> 像保持体と、
前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、
帯電した前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、
トナーを含む現像剤により、前記像保持体の表面に形成された静電荷像を現像してトナー像を形成する現像手段と、
<1>〜<6>のいずれか1項に記載の導電性ロールを備え、前記トナー像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、
を備える画像形成装置。
<2>に係る発明によれば、最外層が導電性発泡弾性層であり積算値Stが410μm超である導電性ロールに比べて、電圧が印加された際に対向部材との間に異常放電を起こしにくい導電性ロールが提供される。
<3>に係る発明によれば、最外層が導電性発泡弾性層であり振幅A300が3.6μm超である導電性ロールに比べて、電圧が印加された際に対向部材との間に異常放電を起こしにくい導電性ロールが提供される。
<4>に係る発明によれば、最外層が導電性発泡弾性層であり振幅A300が3.0μm超である導電性ロールに比べて、電圧が印加された際に対向部材との間に異常放電を起こしにくい導電性ロールが提供される。
<5>に係る発明によれば、最外層が導電性発泡弾性層であり前記比A300/A100が3超である導電性ロールに比べて、電圧が印加された際に対向部材との間に異常放電を起こしにくい導電性ロールが提供される。
<6>に係る発明によれば、最外層が導電性発泡弾性層であり前記比A300/A100が2.5超である導電性ロールに比べて、電圧が印加された際に対向部材との間に異常放電を起こしにくい導電性ロールが提供される。
<7>に係る発明によれば、研磨後の導電性発泡弾性層の外周面を加熱ロールと回転接触させることを含まない場合に比べて、電圧が印加された際に対向部材との間に異常放電を起こしにくい導電性ロールを製造する製造方法が提供される。
<8>に係る発明によれば、導電性ロールの最外層が導電性発泡弾性層であり積算値Stが455μm超である場合又は振幅A300が3.6μm超である場合に比べて、電圧が印加された際に対向部材との間に異常放電を起こしにくい転写装置が提供される。
<9>に係る発明によれば、導電性ロールの最外層が導電性発泡弾性層であり積算値Stが455μm超である場合又は振幅A300が3.6μm超である場合に比べて、電圧が印加された際に対向部材との間に異常放電を起こしにくいプロセスカートリッジが提供される。
<10>に係る発明によれば、導電性ロールの最外層が導電性発泡弾性層であり積算値Stが455μm超である場合又は振幅A300が3.6μm超である場合に比べて、電圧が印加された際に対向部材との間に異常放電を起こしにくい画像形成装置が提供される。
本実施形態に係る導電性ロールは、電子写真方式の画像形成装置の、転写ロール、現像ロール、帯電ロール、像保持体クリーニングロール等に好適に使用される。ただし、本実施形態に係る導電性ロールの用途は、上記に限られるものではない。
図1は、本実施形態に係る導電性ロールの一例を示す概略斜視図である。図2は、図1のA−A断面図であり、図1に図示する導電性ロールを径方向に切断した断面図である。
本実施形態に係る導電性ロールは、図1及び図2に示す構成に限られず、例えば、支持部材112と導電性発泡弾性層113との間に中間層を有していてもよい。
図3(a)は、導電性発泡弾性層113の外周面の輪郭を撮影した写真である。図3(a)の写真は、光学式のマイクロスコープ(例えば、キーエンス社、VHX−5000)を用いて1ピクセルあたりの解像度が2μm以下となる撮影条件にて、導電性ロール111の軸方向に直交する側方から、且つ、外周面の輪郭の高さから撮影する。
図3(b)は、図3(a)の写真をもとに描いた凹凸波形である。図3(b)の凹凸波形から軸方向に長さ1mmの区間を取り、2次元離散フーリエ変換(two-dimensional discrete Fourier transform,2D−DFT)を高速フーリエ変換(fast Fourier transform,FFT)で行い、周期(μm)と振幅(μm)のスペクトルを得る。
図3(c)は、図3(b)の凹凸波形をFFTして得たスペクトルである。図3(c)のスペクトルは、横軸に周期をとり、縦軸に振幅をとり、横軸の目盛を常用対数で示している。
FFTの計算結果から周期100μm以上300μm以下の範囲の振幅(μm)の積算値(μm)を求める。積算値は、離散化した1μmごとの振幅(μm)の足し算である。この積算値を少なくとも20か所(例えば、軸方向に5か所且つ周方向に4か所(90°刻み))において求め、少なくとも20か所の平均値を算出し、この平均値を積算値Stとする。
本発明者らが上記凹凸波形を高速フーリエ変換して検討したところ、周期100μm以上300μm以下の範囲の凹凸成分の振幅を低く抑えることで、導電性ロール111と当該ロールの対向部材との間の異常放電発生を抑制できることが分かった。周期100μm以上300μm以下の凸部に電界が集中しやすく、当該凸部が放電の起点になり、対向部材との間に異常放電が発生するものと推測される。
本発明者らがさらに検討したところ、導電性発泡弾性層113に係る積算値Stが455μm以下であると、導電性ロール111と当該ロールの対向部材との間に異常な放電が発生しにくいことが分かった。例えば導電性ロール111が転写ロールである場合は、積算値Stが455μm以下であると、画像の濃度ムラの発生が抑制された。
ただし、発泡セルが存在する導電性発泡弾性層113の外周面において数百マイクロメートル級の凹凸成分を完全に無くすことは困難であるので、積算値Stの下限は、例えば、100μm以上、150μm以上、又は200μm以上である。
支持部材は、導電性ロール画像形成装置に搭載する際の支持部材として機能し、画像形成を行う際の電極として機能する。支持部材は、中空部材であってもよいし、中実部材であってもよい。
導電性発泡弾性層は、ゴム材料(弾性材料)を含有する発泡体であり、導電剤又はその他の添加剤を含有してもよい。
本実施形態に係る導電性ロールは、支持部材上に導電性発泡弾性層を配置することで得られる。支持部材上に導電性発泡弾性層を配置する方法は、特に限定されないが、例えば、円筒形状の導電性発泡弾性体を用意し、円筒形状の導電性発泡弾性体に支持部材を挿入する方法が挙げられる。導電性ロールの外径寸法は、例えば、支持部材上に配置された導電性発泡弾性層の外周面を研磨することによって調整する。
表面熱処理工程は、例えば、熱した金属ロールを研磨後の導電性発泡弾性層の外周面に押し付け、支持部材及び導電性発泡弾性層と金属ロールとを回転させることによって実施される。
上記の観点から、導電性発泡弾性層の発泡セル径は、30μm以上300μm以下が好ましく、40μm以上280μm以下がより好ましく、50μm以上250μm以下が更に好ましい。
導電性発泡弾性層の発泡セル径は、導電性発泡弾性層のベースコンパウンドに含まれる発泡剤の含有量、及び/又は、導電性発泡弾性層を加硫成形する温度及び時間により制御することができる。
導電性発泡弾性層の厚さ方向の断面を、剃刀を用いて作製する。断面は、軸方向に平行に且つ周方向に90°刻みで、合計4つ作製する。断面の軸方向中央部をレーザ顕微鏡(キーエンス社、VK−X200)で撮影し画像を取得する。画像を画像解析ソフト(メディアサイバネティクス社、Image-Pro Plus)で解析し、深さ50μmから2050μmまでの2000μm間に在る100個の発泡セルを無作為に選んで長径を測定し、100個の平均を算出し、さらに4断面の平均を算出し、この平均値を発泡セル径とする。
砥石としては、例えば、表面に剣山状の突起を有する円筒状の金属砥石が挙げられ、突起は、円錐、又は、三角錐、四角錐等の多角錐の形状であることが好ましく、突起の高さが同じであることが好ましい。
上記の砥石を使用する場合、砥石の回転数は5000rpm以上が好ましく、工作物の回転数は1000rpm以上が好ましく、トラバース速度は500mm/min以上2500以下mm/minが好ましい。rpmは、revolutions per minuteの略である。
上記の観点から、表面熱処理工程に用いる加熱ロールの温度は、80℃以上180℃以下が好ましく、100℃以上180℃未満がより好ましく、120℃以上180℃未満が更に好ましい。
加熱ロールの回転数は2rpm以上60rpm以下が好ましく、工作物の回転数は2rpm以上60rpm以下が好ましい。
図4は、本実施形態に係る画像形成装置の一例である、直接転写方式の画像形成装置を示す概略構成図である。
実施例及び比較例に適用した測定方法及び評価方法は、以下のとおりである。
光学式マイクロスコープ(キーエンス社、VHX−5000)を用いて1ピクセルあたりの解像度が2μm以下となる撮影条件にて、導電性ロールの軸方向に直交する側方から、且つ、導電性発泡弾性層の外周面の上側の輪郭の高さから、プロファイルを撮影した。撮影する箇所は、軸方向に5か所(中央、中央から距離50mmの位置、中央から距離100mmの位置)及び周方向に4か所(90°刻み)の合計20か所とした。
プロファイルを、解析ソフト(ImageJ)を用いて画像解析し、凹凸波形を抽出した。
軸方向の長さ1mmの区間について凹凸波形を高速フーリエ変換しスペクトルを得て、周期100μmから300μmの範囲の振幅(μm)の積算値(μm)、周期300μmの振幅(μm)及び周期100μmの振幅(μm)を求め、20か所の平均値を算出した。高速フーリエ変換とスペクトル解析には、解析ソフト(ImageJ)を用いた。
導電性発泡弾性層の厚さ方向の断面を、剃刀を用いて作製した。断面は、軸方向に平行に且つ周方向に90°刻みで、合計4つ作製した。断面の軸方向中央部をレーザ顕微鏡(キーエンス社、VK−X200)で撮影し画像を取得した。画像を画像解析ソフト(メディアサイバネティクス社、Image-Pro Plus)で解析し、深さ50μmから2050μmまでの2000μm間に在る100個の発泡セルを無作為に選んで長径を測定し、100個の平均を算出し、さらに4断面の平均を算出し、この平均値を発泡セル径とした。
導電性ロールを転写ロールとして、直接転写方式の画像形成装置であるDocuPrint CP400d(富士ゼロックス社製)に装着し、温度10℃且つ相対湿度15%の環境で、画像濃度100%のベタ画像をA4サイズの紙に10枚出力した。全紙を観察し、最も悪い濃度ムラを下記のとおり分類した。
A+(◎):濃度ムラが見られない高画質。
A(○):濃度ムラがほとんど見られない良好な画質。
B(△):濃度ムラが見られるが許容範囲内の画質。
C(×):許容できない濃度ムラが見られる画質。
前記画像形成装置を用いて、温度28℃且つ相対湿度85%の環境で、画像濃度50%のハーフトーン画像をA4サイズの紙に180枚出力し、次いで画像濃度100%のベタ画像をA4サイズの紙に20枚出力し、これを25回繰り返した(合計5000枚出力した。)。4991枚目から5000枚目(合計10枚)の裏面(画像形成していない面)を観察し、最も悪い汚れを下記のとおり分類した。
A(○):わずかに汚れが見られるが、実用に問題ない。
B(△):汚れが見られるが許容範囲内。
C(×):許容できない汚れが見られる。
[導電性発泡弾性層の形成]
・ゴム材(エピクロルヒドリン−エチレンオキシド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴム:大阪ソーダ社製CG102:60%、ニトリルアクリロブタジエンゴム:JSR社製N230SV:40%) ・・・100質量部
・カーボンブラック(#55、旭カーボン社製) ・・・15質量部
・加硫剤(硫黄)(200メッシュ、鶴見化学工業社製) ・・・1質量部
・加硫促進剤(ノクセラーDM、大内新興化学工業社製) ・・・1.5質量部
・加硫促進剤(ノクセラーTET、大内新興化学工業社製) ・・・1.0質量部
・酸化亜鉛(亜鉛華1号、正同化学工業社製) ・・・5質量部
・炭酸カルシウム(ホワイトンSSB、白石カルシウム社製) ・・・10質量部
・ステアリン酸(ステアリン酸S、花王社製) ・・・1質量部
・発泡剤(ネオセルボンN#5000、永和化成工業社製) ・・・適量(発泡セル径が所望の値になる量)
上記の材料をオープンロールで混練りし、ゴム練り材Aを得た。ゴム練り材Aを押し出して、外径19mm且つ内径5.6mmの円筒形状に成形し、160℃で30分間加熱して加硫発泡させ、円筒形状の導電性発泡弾性体を得た。円筒形状の導電性発泡弾性体にシャフト(SUS製、直径6mm)を差し込み、導電性発泡弾性体の外周面を、剣山状の突起を有する円筒状の金属性砥石(番手F60)を装着したゴム用研磨機にて、砥石回転数7000rpm、ワーク回転数1500rpm、トラバース速度1500mm/minの条件で研磨した。こうして、外径16mm且つ長さ224mmの導電性発泡弾性層を備えた導電性ロール1を得た。
実施例1と同様にして、ただし、加熱を145℃で40分間に変更し、砥石回転数を6000rpmに変更し、トラバース速度を2000mm/minに変更して、導電性ロール2を得た。
実施例1と同様にして、ただし、加熱を135℃で50分間に変更し、砥石回転数を5000rpmに変更し、トラバース速度を2500mm/minに変更して、導電性ロール3を得た。
実施例1と同様にして、ただし、加熱を185℃で20分間に変更して、導電性ロール4を得た。
実施例1と同様にして、ただし、加熱を175℃で20分間に変更して、導電性ロール5を得た。
実施例1と同様にして、ただし、加熱を130℃で60分間に変更し、砥石を番手F40に変更し、砥石回転数を4000rpmに変更し、トラバース速度を3000mm/minに変更して、導電性ロール6を得た。
比較例1と同様にして、ただし、加熱を190℃で15分間に変更して、導電性ロール7を得た。
[導電性発泡弾性層の形成]
・ゴム材(エピクロルヒドリン−エチレンオキシド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴム:大阪ソーダ社製CG102:60%、ニトリルアクリロブタジエンゴム:JSR社製N230SV:40%) ・・・100質量部
・カーボンブラック(#55、旭カーボン社製) ・・・15質量部
・加硫剤(硫黄)(200メッシュ、鶴見化学工業社製) ・・・1質量部
・加硫促進剤(ノクセラーDM、大内新興化学工業社製) ・・・1.5質量部
・加硫促進剤(ノクセラーTET、大内新興化学工業社製) ・・・1.0質量部
・酸化亜鉛(亜鉛華1号、正同化学工業社製) ・・・5質量部
・炭酸カルシウム(ホワイトンSSB、白石カルシウム社製) ・・・10質量部
・ステアリン酸(ステアリン酸S、花王社製) ・・・1質量部
・発泡剤(ネオセルボンN#5000、永和化成工業社製) ・・・5質量部
上記の材料をオープンロールで混練りし、ゴム練り材Bを得た。ゴム練り材Bを押し出して、外径19mm且つ内径5.6mmの円筒形状に成形し、160℃で30分間加熱して加硫発泡させ、円筒形状の導電性発泡弾性体を得た。円筒形状の導電性発泡弾性体にシャフト(SUS製、直径6mm)を差し込み、導電性発泡弾性体の外周面を、剣山状の突起を有する円筒状の金属性砥石(番手F60)を装着したゴム用研磨機にて、砥石回転数7000rpm、ワーク回転数1500rpm、トラバース速度1500mm/minの条件で研磨し、導電性発泡弾性層の外径を16mmにした。
次いで、温度120℃に調整した金属ロール(SUS製、直径32mm)を、研磨後の導電性発泡弾性体の外周面に0.8mm食い込ませ、金属ロール回転数10rpm、ワーク回転数10rpmの条件で90秒間接触回転させた。
こうして、外径16mm且つ長さ224mmの導電性発泡弾性層を備えた導電性ロール11を得た。
実施例11と同様にして、ただし、砥石回転数を6000rpmに変更し、トラバース速度を2000mm/minに変更して、導電性ロール12を得た。
実施例11と同様にして、ただし、砥石回転数を5000rpmに変更し、トラバース速度を2500mm/minに変更して、導電性ロール13を得た。
実施例11と同様にして、ただし、金属ロールの温度を80℃に変更して、導電性ロール14を得た。
実施例11と同様にして、ただし、金属ロールの温度を160℃に変更して、導電性ロール15を得た。
実施例11と同様にして、ただし、金属ロールの温度を180℃に変更して、導電性ロール16を得た。
実施例11と同様にして、ただし、砥石を番手F40に変更し、砥石回転数を4000rpmに変更し、トラバース速度を3000mm/minに変更し、金属ロールの温度を80℃に変更して、導電性ロール17を得た。
実施例17と同様にして、ただし、金属ロールの温度を60℃に変更して、導電性ロール18を得た。
実施例17と同様にして、ただし、金属ロールによる表面熱処理を施さず、導電性ロール19を得た。
2Y、2M、2C、2K 帯電ロール
3 露光装置
3Y、3M、3C、3K レーザ光線
4Y、4M、4C、4K 現像装置
5Y、5M、5C、5K 一次転写ロール
6Y、6M、6C、6K 感光体クリーニング装置
8Y、8M、8C、8K トナーカートリッジ
10Y、10M、10C、10K 画像形成ユニット
20 中間転写ベルト
22 駆動ロール
24 支持ロール
26 二次転写ロール
28 定着装置
30 中間転写ベルトクリーニング装置
P 記録紙
Claims (10)
- 支持部材と、前記支持部材上に配置された導電性発泡弾性層と、を備え、
前記導電性発泡弾性層の外周面の軸方向の凹凸波形を高速フーリエ変換して得た周期(μm)と振幅(μm)のスペクトルにおいて周期100μm以上300μm以下の範囲の振幅の積算値Stが455μm以下である、
導電性ロール。 - 前記積算値Stが410μm以下である、請求項1に記載の導電性ロール。
- 支持部材と、前記支持部材上に配置された導電性発泡弾性層と、を備え、
前記導電性発泡弾性層の外周面の軸方向の凹凸波形を高速フーリエ変換して得た周期(μm)と振幅(μm)のスペクトルにおいて周期300μmの振幅A300が3.6μm以下である、
導電性ロール。 - 前記振幅A300が3.0μm以下である、請求項3に記載の導電性ロール。
- 前記導電性発泡弾性層の外周面の軸方向の凹凸波形を高速フーリエ変換して得た周期(μm)と振幅(μm)のスペクトルにおいて周期300μmの振幅A300と周期100μmの振幅A100との比A300/A100が1以上3以下である、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の導電性ロール。
- 前記比A300/A100が1以上2.5以下である、請求項5に記載の導電性ロール。
- 支持部材上に配置された導電性発泡弾性層の外周面を研磨すること、及び
研磨後の前記導電性発泡弾性層の外周面を加熱ロールと回転接触させること、
を含む、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の導電性ロールの製造方法。 - 請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の導電性ロールを備える転写装置。
- 像保持体と請求項8に記載の転写装置とを備え、画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジ。
- 像保持体と、
前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、
帯電した前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、
トナーを含む現像剤により、前記像保持体の表面に形成された静電荷像を現像してトナー像を形成する現像手段と、
請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の導電性ロールを備え、前記トナー像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、
を備える画像形成装置。
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