JP3673775B2 - Developing roller and electrophotographic developing apparatus - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は複写機、レーザープリンタ等の電子写真装置などにおいて用いられる現像ローラ及び現像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、複写機やレーザープリンタ等の電子写真装置や静電記録装置などにおいて、潜像を保持した感光ドラム等に非磁性一成分現像剤を供給し、感光ドラムの潜像に現像剤を付着させて潜像を可視化する現像方法として、加圧現像法が知られている。この方法によれば、磁性材料が不要であるため画像形成装置の簡素化や小型化が容易であることや、トナーのカラー化が容易である。
【0003】
この現像法は、トナー(非磁性一成分現像剤)を担持した現像ローラを感光ドラム等の静電潜像を保持した潜像保持体に接触させて、トナーを潜像保持体の潜像に付着させることにより現像を行うものであり、現像ローラを導電性弾性体で形成する必要がある。また、上記装置において現像ローラは感光体と接触しながら回転することにより、トナーが現像ローラから感光へと付着していく。この現像ローラと感光体との接触の際には、現像ローラは感光体への均一な圧接幅を確保するために、弾性材料により構成されると共に、電圧を印可してトナー像を感光体上に形成するために、ローラ電気抵抗として中抵抗域であることが求められる。また、同時に均一な導電性や局所的に発生する電流のリークを防止する(耐リーク性を有する)ことが求められている。そこで、所望の電気抵抗値に調整した弾性層を形成しその外周に、耐摩耗性やトナー帯電性、トナー搬送性を得ると共に適宜表面粗さを確保するためにナイロン、ウレタンなどの樹脂に粗し材や、導電性を確保するための導電性物質を添加した表面層を設ける場合が多い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
耐リーク性を発現するにあたり、半導電性被覆層の体積抵抗率を測定している。しかし、この測定法では測定領域がマクロ的である。
【0005】
また、電子導電性物質の量を多くして電気抵抗の低い領域を実現したとしても、電子導電性物質の分散状態が悪い場合、局所的な電気抵抗のムラによる電流のリークが生じ、画像不良が生じてしまう。また、イオン導電性物質を単独または電子導電性物質と併用して用いることにより、電子導電性物質の量が減ることで耐リーク性能の向上に多少の効果はあるが、局所的な部分まで導電性物質のムラが考慮されない場合、やはり電流のリークは発生してしまう。また、環境変動によるローラの電気抵抗変化が大きいといった問題が発生すると同時に、現像ブレードと現像ローラの圧接による、セット跡による画像不良が顕著になってしまう。そこで、本発明の解決課題とするところは、良好な耐リーク性をもち、セット跡による画像不良がなき高品位な画像を与える現像ローラを提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、芯金の周囲に少なくとも1層以上の半導電性層を有する現像ローラにおいて、現像ローラの最表面層が、樹脂成分と、樹脂成分100質量部に対して15乃至45質量部の電子導電性物質とを含有し、現像ローラ外周部の任意に選択した5μm四方の領域に10Vの電圧を印加した時、流れる電流総和値が1.0×10〜1.0×104nAであることを特徴とする現像ローラに関するものである。
【0007】
半導電性層を構成する層のうち、最表面層は樹脂成分と電子導電性物質を含有することが好ましい。
【0008】
電子導電性物質がカーボンブラックであることが好ましい。
【0009】
現像ローラにおいて、半導電性層を構成する層のうち、最表面層を形成する前記樹脂成分100質量部に対するカーボンブラックの含有量をn質量部とすると、n×電流総和値/10000の値が0.01〜50nAであることが好ましい。
【0010】
さらに本発明は、現像ローラの外周部に塗料を塗布し、塗料が超音波振動を使用して、あらかじめ導電性物質を分散させたものであることを特徴とする現像ローラに関するものである。
【0011】
さらに本発明は、現像ローラを有することを特徴とする電子写真プロセスカートリッジに関するものである。
【0012】
さらに本発明は、表面にトナーを担持してトナー薄膜を形成し、この状態で潜像担持体に接触して潜像担持体にトナーを供給することにより可視化するための現像ローラを有することを特徴とする電子写真画像形成装置に関するものである。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明は、芯金の周囲に少なくとも1層以上の半導電性層を有する現像ローラにおいて、現像ローラの最表面層が、樹脂成分と、樹脂成分100質量部に対して15乃至45質量部の電子導電性物質とを含有し、現像ローラ外周部の任意に選択した5μm四方の領域に10Vの電圧を印加した時、流れる電流総和値が1.0×10〜1.0×104nAであることを特徴とする現像ローラに関するものである。
【0014】
耐リーク性においてはすでに公知であるように、電子導電性物質が多すぎると電流のリークによる画像不良が発生してしまう。
【0015】
本発明に係るローラを使用することにより、圧接跡による画像不良も起きず、環境変動に強い現像ローラを得られるものである。
【0016】
電子導電性物質を用いた現像ローラにおいて、ローラの電気抵抗値が同じであっても、電子導電性物質の分散状態によっては、リークによる画像不良が発生したりする。しかし、ローラの局所的な部分の電流総和値を1.0×10〜1.0×104nAであるローラにすることにより電流のリークによる画像不良を防止できるのである。
【0017】
半導電性層は2層以上として用いることもできる。ローラの外周部に形成する半導電性層は、EPDMまたはウレタン等のエラストマーやフォーム材料、あるいはその他の樹脂成型体を基材として用いる。このような成型体を用いることにより低硬度かつ低圧縮永久歪みの現像ローラを得ることができる。また、外周部を形成する半導電性層には導電性物質としてカーボンブラック、金属、金属酸化物のような電子導電性物質を用いるのが好ましいが、過塩素酸ナトリウムのようなイオン導電性物質を配合したものも用いることができる。電子導電性物質としては、ケッチェンブラックEC,アセチレンブラック等の導電性カーボン、SAF,ISAF,HAF,FEF,GPF,SRF,FT,MT等のゴム用カーボン、酸化処理等を施したカラ−(インク)用カーボン、銅、銀、ゲルマニウム等の金属及び金属酸化物等が挙げられる。これらの電子導電性材料の中で、少量で導電性を制御しやすいカーボンブラックが好んで用いられる。これら導電性粉体は、通常基材100質量部に対して好ましくは0.5〜50質量部、より好ましくは1〜30質量部の範囲で好適に用いられる。また、導電性材料として用いられるイオン導電性物質を例示すれば、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸リチウム、過塩素酸カルシウム、塩化リチウム等の無機イオン性導電物質、更に変性脂肪族ジメチルアンモニウムエトサルフェート、ステアリルアンモニウムアセテートの有機イオン性導電物質が用いられる。
【0018】
なお、原料の分散に関してはボールミル、サンドミル、液衝突型分散、超音波分散などを単独または併用して使用することができる。例えば、表面層を構成する塗料100質量部に対して、アルミナボール10φを30質量部、15φを30質量部混合し、20rpmの回転数で12時間以上、混合することが好ましい。なお、ボールミルの混合時間は、塗料中のカーボンブラックの含量に応じて変化させても良い。
【0019】
本発明の半導電性層が2層を用いた現像ローラについて説明する。本発明の現像ローラは、図1に示すように、良導電性シャフト1の外周に半導電性弾性層2を有し、この半導電性弾性層2を半導電性の最表面層である半導電性樹脂層3で被覆して形成される。本発明においては、この現像ローラをローラ表面のいずれの場所においても、10Vの電圧印加時にローラ外周部表面の任意に選択した5μm四方の領域に10Vの電圧を印加した時に流れる電流総和値が1.0×10〜1.0×104nAとなるべく、後述のように調整することができる。ここで、半導電性層全体の厚さは1〜6mmであることが好ましい。より好ましくは半導電性層全体の厚さは2〜5mmであるのが良い。また、外周部を形成する半導電性層の厚さは3〜100μmであることが好ましい。より好ましくは外周部を形成する半導電性層の厚さは10〜30μmであるのが良い。
【0020】
図1に例示される現像ローラにおいて半導電性弾性層2の基材として具体的には、ポリウレタン、天然ゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、ポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、シリコーンゴム、スチレン−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、クロロプレンゴム、アクリルゴム、及びこれらの混合物等が挙げられるが、柔らかく、圧縮永久歪みが少ないことから好ましくはシリコーンゴムが用いられる。
【0021】
ここで使用するシリコーンゴムとしては、ジメチルシリコーンゴム、ジフェニルシリコーンゴム、フルオロシリコーンゴムなどが挙げられる。シリコーンゴムとしては例えば、硬化可能なオルガノポリシロキサンと、シロキサン骨格を有する硬化剤を用いて架橋したものを使用することができる。硬化可能なオルガノポリシロキサンとしては例えば、ジメチルポリシロキサンまたは末端にビニル基等の硬化剤と反応する官能基を有するオルガノポリシロキサンを用いることができる。また、硬化剤としてはオルガノハイドロジェンポリシロキサンを用いることができる。硬化可能なオルガノポリシロキサンのアルケニル基は、硬化剤であるオルガノハイドロジェンポリシロキサンの活性水素と反応して架橋点を形成する部位であり、その種類は特に限定されないが、活性水素との反応性が高い等の理由から、ビニル基およびアリル基の少なくとも一方であることが好ましく、ビニル基が特に好ましい。
【0022】
半導電性層の適切な電気抵抗領域としては体積抵抗率1×103〜1×1010Ω・cm、好ましくは1×104〜1×108Ω・cmに調整したものが用いられる。体積抵抗率が1×103〜1×1010Ω・cmの範囲にあるとき、電荷のリークの問題が生じず、適切な画像濃度が得られ、かぶりなどの問題も発生しない。
【0023】
ここで、上記良導電シャフト1としては良好な導電性を有するものであれば、いずれのものも使用し得るが、通常はアルミニウムや鉄、SUSなどで外径4〜10mmの金属製円筒体のものが用いるのが好ましい。また、弾性体層の一つの層の厚さは1〜6mmであるのが良い。現像ローラの硬度は、AskerC硬度25〜65°とすることが好ましい。
【0024】
半導電性層を構成する層のうち、最表面層が樹脂成分と電子導電性物質を含有することが好ましい。
【0025】
次に上記半導電性弾性層2を被覆する最表面層は具体的にはポリアミド樹脂、フッ素樹脂、水素添加スチレン−ブチレン樹脂、ポリウレタン樹脂、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。上記最表面層である半導電性樹脂層3をポリウレタン樹脂で形成すると、このポリウレタン樹脂は摩擦によりトナーを帯電する能力が大きく、且つ耐摩耗性を有しているので好ましく用いられる。最表面層の厚みは弾性層の柔軟性を損なうことがなく、良好な耐摩耗性を有するように3〜100μmが好ましい。より好ましくは、最表面層は10〜30μmが良い。
【0026】
次に、この半導電性弾性層2に導電性を付与するために用いられる電子導電性物質としては、ケッチェンブラックEC,アセチレンブラック等の導電性カーボン、SAF,ISAF,HAF,FEF,GPF,SRF,FT,MT等のゴム用カーボン、酸化処理等を施したカラ−(インク)用カーボン、銅、銀、ゲルマニウム等の金属及び金属酸化物等が挙げられる。これらの電子導電性材料の中で、少量で導電性を制御しやすいカーボンブラックが好んで用いられる。これら導電性粉体は、通常基材100質量部に対して好ましくは0.5〜50質量部、より好ましくは1〜30質量部の範囲で好適に用いられる。このように最表面層に導電性物質として電子導電性物質を用いることで、局所的な部分に関しても良好な電気抵抗特性を有する現像ローラを得ることができる。また、環境変化により電気抵抗変化が少なく、これを原因とする画像悪化も発生しない。現像ローラに現像ブレードが圧接することで、イオン導電性物質が偏在してしまう等して、現像ブレードなどの圧接跡が発生し、画像において横スジなどの不良も起こさない。本願発明では電子導電性物質のみを用いても耐リーク性にも優れた現像ローラを提供することができる。
【0027】
また、現像ローラとして必要な電気抵抗を得るためには、最表面層を構成する樹脂成分100質量部に対して導電性物質を1〜70質量部の割合で配合するのが良い。より好ましくは、1〜50質量部の割合で用いることができる。
【0028】
また、本発明は半導電性層を構成する層のうち、最表面層を形成する樹脂成分100質量部に対するカーボンブラックの含有量をn質量部とすると、n×電流総和値/10000の値が0.01〜50nAであることが好ましい。このように、n×電流総和値/10000の値が0.01〜50nAとすることで、リークによる画像不良をより効果的に防止することができる。
【0029】
また、現像ローラは外周部に塗料を塗布し、塗料が超音波振動を使用して、あらかじめ導電性物質を分散させたものであることが好ましい。なお、超音波分散機としては例えばBranson 8510を使用することができる。
【0030】
特に良好な分散を得るために超音波照射機による分散を用いるのが好ましい。さらに必要に応じて表面粗し材を分散した後、硬化剤もしくは硬化触媒を添加し、攪拌することにより得られる塗料を、スプレー、ディッピング等の方法で塗布する。これによって、ローラ表面のいずれの場所においても、10V印加時、5μm四方に流れる電流総和値が1.0×10〜1.0×104nAとなる現像ローラが得られるのである。
【0031】
本発明は、上記現像ローラを有することを特徴とする電子写真プロセスカートリッジに関するものである。
【0032】
また、表面にトナーを担持してトナー薄膜を形成し、この状態で潜像担持体に接触して潜像担持体にトナーを供給することにより可視化するための現像ローラを有する電子写真画像形成装置において、現像ローラが有することを特徴とする電子写真画像形成装置に関するものである。本願発明にかかる現像ローラは、電子写真画像形成装置に用いることができる。電子写真画像形成装置は図2に示すように、トナーを供給するためのトナー塗布用ローラ6、感光ドラム5を帯電させる帯電ローラ8、静電潜像を保持した感光ドラム5に対応するトナー像を形成する現像ローラ4、トナー塗布用ローラ6により現像ローラ4の表面にトナーが供給され、このトナーをより均一な薄層に整える現像ブレード7からなっており、この状態で現像ローラ4が感光ドラム5と接触しながら回転することにより、薄層に形成されたトナーが現像ローラ4から感光ドラム5の潜像に付着して、潜像が可視化するようになっている。なお、図2中10は転写部であり、ここで紙等の記録媒体にトナー画像を転写するようになっており、また9はクリーニングブレードであり、これにより転写後に感光ドラム5表面に残留するトナーを除去するようになっている。また、図2中11は定着ローラであり、トナーを熱と圧力で紙等の記録媒体に定着させるものである。
【0033】
【実施例】
(実施例1)
外径8mmの芯金を内径16mmの円筒状金型内に同心となるように設置し、弾性層として液状導電性シリコーンゴム(2液性シリコーンゴム:AskerC硬度35度:体積抵抗率1.0×10+E7Ω・cm)を注型後、130℃のオーブンに入れ20分加熱成型し、脱型後、200℃のオーブンで4時間2次加硫を行い、弾性層厚み4mmのローラを得た。次に、ポリオール(商品名:ニッポランN5033、:日本ポリウレタン社製)を濃度10%となるように、メチルエチルケトンで希釈し、導電性物質としてカーボンブラック(MA100(商品名):三菱化学社製)をポリオールおよび後に添加するイソシアネート化合物の総固形分量100質量部に対して15質量部、表面粗し材としてナイロンビーズ(商品名:SP500、東レ社製)をポリオールおよび後に添加するイソシアネート化合物の総固形分量100質量部に対して20質量部添加、ボールミルで12時間攪拌分散した後、さらに超音波照射機(8510:Branson販売会社)により1時間分散させた塗料に、イソシアネート化合物(商品名:コロネートL、日本ポリウレタン社製)をポリオールに対し10質量部添加、攪拌してウレタン塗料を作成し、先に成型したローラ上にディッピングにより、膜厚15μmとなるように塗布し、80℃のオーブンで15分乾燥後、140℃のオーブンで4時間硬化し、現像ローラを得た。
(実施例2)
導電性物質としてカーボンブラック(商品名:MA100、三菱化学社製)をポリオールおよびイソシアネート化合物の総固形分量100質量部に対して30質量部とした以外は実施例1と同様にして現像ローラを得た。
(実施例3)
導電性物質としてカーボンブラック(商品名:MA100、三菱化学社製)をポリオールおよびイソシアネート化合物の総固形分量100質量部に対して45質量部とし超音波分散を4時間とした以外は実施例1と同様にして現像ローラを得た。
比較例1
導電性物質として市販の過塩素酸ナトリウムをポリオールおよびイソシアネート化合物の総固形分量100質量部に対して2質量部とした以外は実施例1と同様にして現像ローラを得た。
(比較例
導電性物質としてカーボンブラック(商品名:MA100、三菱化学社製)をポリオールおよびイソシアネート化合物の総固形分量100質量部に対して50質量部とした以外は実施例1と同様にして現像ローラを得た。
(比較例
導電性物質としてカーボンブラック(MA100(商品名):三菱化学社製)をポリオールおよびイソシアネート化合物の総固形分量100質量部に対して30質量部とし、ボールミルを用いずに実施例1と同様にして現像ローラを得た。
<ローラ電気抵抗の測定>
上記ローラのローラ電気抵抗測定は、図3に示す電気抵抗測定機を用いて、100Vの電圧印加、ローラ回転数1rpsにて電気抵抗測定を行い、30秒間の平均値をローラ電気抵抗値とした。各ローラの電気抵抗測定の結果は表1に示す。
<電流総和値の測定>
上記ローラの電流総和値の測定は、ローラ表面を3mm四方に切断し、サンプル台に導電接着剤で固定し、走査プローブ顕微鏡SPA400(セイコーインスツルメンツ製)のAFM電流同時測定を行った。カンチレバーとしてはSI−AF01−Rを用いた。測定条件は走査範囲5μm、印加電圧10Vで測定データ数は256×256で行った。得られた電流像をアスキーデータに変換し、電流値の総和を求めた。各ローラの電流値を表1に示す。
<リーク画像評価>
上記ローラのリーク評価は、非画像域に直径0.2mmのピンホールを配した感光体を用い、カラーレーザープリンタにて低温低湿環境(15℃/10%RH)で、ハーフトーン画像の出力を行い、ピンホール部の横スジと、画像のムラを目視により判定した。各ローラの判定結果を表1に示す。
<セット画像評価>
上記ローラを平板上に1kg荷重(芯金両端各500g荷重)で圧接し、高温高湿環境(40℃、95%RH)下に30日間放置した後、カラーレーザープリンタを用いて低温低湿環境(15℃/10%RH)にてベタ画像を出力し、画像スジの有無を目視により評価した。各ローラの判定結果を表1に示す。
【0034】
【表1】

Figure 0003673775
表1に示した結果から明らかなように、実施例においてはローラ表面のいずれの場所においても5μm四方に流れる電流総和値を適正化した現像ローラは電荷のリークによる画像不良を効果的に制御することができ、かつセット跡による画像不良も生じず高品位の画像を得ることができることが判明した。比較例では、実施例2とローラ電気抵抗が同じであってもカーボンブラックの分散が局所的に悪いので、流れる電流総和値が大きく、結果リークによる画像不良を生じている。
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の現像ローラ及びこれを用いた現像装置によれば、リークによる画像不良を効果的に防止することができ、かつ同時にセット跡による画像不良の発生も防止でき、高品位の画像を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の現像ローラの構造を示す断面図である。
【図2】本発明の現像ローラを利用したレーザープリンタの構成を示す概念図である。
【図3】本発明の電気抵抗測定機を示す概念図である。
【符号の説明】
1 芯金
2 半導電性弾性層
3 半導電性樹脂層
4 現像ローラ
5 感光ドラム
6 トナー塗布用ローラ
7 現像ブレード
8 帯電ローラ
9 クリーニングブレード
10 転写ローラ
11 定着ローラ
18 現像ローラ
19 SUSドラム
20 直流電源
21 内部抵抗[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a developing roller and a developing device used in an electrophotographic apparatus such as a copying machine or a laser printer.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in an electrophotographic apparatus such as a copying machine or a laser printer or an electrostatic recording apparatus, a non-magnetic one-component developer is supplied to a photosensitive drum or the like holding a latent image, and the developer is attached to the latent image on the photosensitive drum. As a development method for visualizing the latent image, a pressure development method is known. According to this method, since no magnetic material is required, the image forming apparatus can be easily simplified and downsized, and the toner can be easily colored.
[0003]
In this developing method, a developing roller carrying toner (non-magnetic one-component developer) is brought into contact with a latent image holding body holding an electrostatic latent image such as a photosensitive drum, so that the toner becomes a latent image on the latent image holding body. Development is carried out by adhering, and it is necessary to form the developing roller with a conductive elastic body. In the above apparatus, the developing roller rotates while being in contact with the photosensitive member, so that the toner adheres from the developing roller to the photosensitive member. At the time of contact between the developing roller and the photosensitive member, the developing roller is made of an elastic material and a voltage is applied to the toner image on the photosensitive member in order to ensure a uniform pressure contact width to the photosensitive member. Therefore, the roller electrical resistance is required to be in the middle resistance range. At the same time, there is a demand for preventing uniform leakage of electric conductivity and locally generated current (having leakage resistance). Therefore, an elastic layer adjusted to a desired electrical resistance value is formed, and on the outer periphery thereof, a resin such as nylon or urethane is roughened to obtain wear resistance, toner chargeability, toner transportability and to ensure appropriate surface roughness. In many cases, a surface layer to which an insulating material or a conductive material for ensuring conductivity is added is provided.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In developing leak resistance, the volume resistivity of the semiconductive coating layer is measured. However, in this measurement method, the measurement area is macroscopic.
[0005]
In addition, even if the amount of the electronic conductive material is increased to realize a region with low electrical resistance, if the dispersion state of the electronic conductive material is poor, current leakage occurs due to local uneven electrical resistance, resulting in poor image quality. Will occur. In addition, the use of an ion conductive material alone or in combination with an electronic conductive material has some effect on improving leakage resistance by reducing the amount of the electronic conductive material. If unevenness of the active substance is not taken into account, current leakage will still occur. In addition, a problem such as a large change in electrical resistance of the roller due to environmental fluctuations occurs, and at the same time, an image defect due to a set mark due to the pressure contact between the developing blade and the developing roller becomes remarkable. Accordingly, a problem to be solved by the present invention is to provide a developing roller that has good leak resistance and gives a high-quality image without image defects due to set marks.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a developing roller having at least one semiconductive layer around a cored bar, wherein the outermost surface layer of the developing roller is 15 to 45 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the resin component and the resin component. When a voltage of 10 V is applied to an arbitrarily selected 5 μm square area on the outer periphery of the developing roller, the total current flowing is 1.0 × 10 to 1.0 × 10 4 nA. The present invention relates to a developing roller.
[0007]
Of the layers constituting the semiconductive layer, the outermost surface layer preferably contains a resin component and an electronic conductive material.
[0008]
The electronic conductive material is preferably carbon black.
[0009]
In the developing roller, among the layers constituting the semiconductive layer, assuming that the content of carbon black with respect to 100 parts by mass of the resin component forming the outermost surface layer is n parts by mass, a value of n × total current value / 10000 is obtained. It is preferable that it is 0.01-50 nA.
[0010]
Furthermore, the present invention relates to a developing roller characterized in that a coating material is applied to the outer peripheral portion of the developing roller and the conductive material is dispersed in advance using ultrasonic vibration.
[0011]
Furthermore, the present invention relates to an electrophotographic process cartridge having a developing roller.
[0012]
Furthermore, the present invention has a developing roller for visualizing the toner image by forming a toner thin film on the surface by contacting the latent image carrier in this state and supplying the toner to the latent image carrier. The present invention relates to a characteristic electrophotographic image forming apparatus.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention provides a developing roller having at least one semiconductive layer around a cored bar, wherein the outermost surface layer of the developing roller is 15 to 45 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the resin component and the resin component. When a voltage of 10 V is applied to an arbitrarily selected 5 μm square area on the outer periphery of the developing roller, the total current flowing is 1.0 × 10 to 1.0 × 10 4 nA. The present invention relates to a developing roller.
[0014]
As already known in terms of leakage resistance, if there are too many electron conductive substances, image defects will occur due to current leakage.
[0015]
By using the roller according to the present invention, it is possible to obtain a developing roller that is resistant to environmental fluctuations without causing image defects due to pressure contact marks.
[0016]
In a developing roller using an electronic conductive material, even if the electrical resistance value of the roller is the same, an image defect due to leakage may occur depending on the dispersion state of the electronic conductive material. However, image defects due to current leakage can be prevented by using a roller having a current sum of local portions of the roller of 1.0 × 10 to 1.0 × 10 4 nA.
[0017]
The semiconductive layer can be used as two or more layers. The semiconductive layer formed on the outer periphery of the roller uses an elastomer such as EPDM or urethane, a foam material, or other resin molding as a base material. By using such a molded body, a developing roller having low hardness and low compression set can be obtained. In addition, it is preferable to use an electronic conductive material such as carbon black, metal, or metal oxide as the conductive material for the semiconductive layer forming the outer peripheral portion, but an ionic conductive material such as sodium perchlorate. Those blended with can also be used. Examples of the electronic conductive material include conductive carbon such as ketjen black EC and acetylene black, rubber carbon such as SAF, ISAF, HAF, FEF, GPF, SRF, FT, and MT, and a color-treated carbon ( Ink), metals such as carbon, copper, silver, germanium, and metal oxides may be mentioned. Among these electronically conductive materials, carbon black that is easy to control the conductivity with a small amount is preferably used. These conductive powders are preferably used in an amount of preferably 0.5 to 50 parts by mass, more preferably 1 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the base material. Examples of ionic conductive materials used as conductive materials include inorganic ionic conductive materials such as sodium perchlorate, lithium perchlorate, calcium perchlorate and lithium chloride, and modified aliphatic dimethylammonium ethosulphate. An organic ionic conductive material such as stearyl ammonium acetate is used.
[0018]
Regarding the dispersion of the raw materials, a ball mill, a sand mill, a liquid collision type dispersion, an ultrasonic dispersion or the like can be used alone or in combination. For example, it is preferable that 30 parts by mass of alumina balls 10φ and 30 parts by mass of 15φ are mixed with 100 parts by mass of the coating material constituting the surface layer, and mixed at a rotation speed of 20 rpm for 12 hours or more. The mixing time of the ball mill may be changed according to the content of carbon black in the paint.
[0019]
A developing roller using two semiconductive layers according to the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the developing roller of the present invention has a semiconductive elastic layer 2 on the outer periphery of a highly conductive shaft 1, and this semiconductive elastic layer 2 is a semiconductive outermost surface layer. It is formed by covering with a conductive resin layer 3. In the present invention, the total value of the current that flows when a voltage of 10 V is applied to an arbitrarily selected 5 μm square area on the surface of the outer periphery of the roller when a voltage of 10 V is applied to the developing roller at any location on the roller surface is 1. 0.0 × 10 to 1.0 × 10 4 nA can be adjusted as described later. Here, the thickness of the entire semiconductive layer is preferably 1 to 6 mm. More preferably, the thickness of the entire semiconductive layer is 2 to 5 mm. Moreover, it is preferable that the thickness of the semiconductive layer which forms an outer peripheral part is 3-100 micrometers. More preferably, the thickness of the semiconductive layer forming the outer peripheral portion is 10 to 30 μm.
[0020]
Specifically, the base material of the semiconductive elastic layer 2 in the developing roller illustrated in FIG. 1 is polyurethane, natural rubber, butyl rubber, nitrile rubber, polyisoprene rubber, polybutadiene rubber, silicone rubber, styrene-butadiene rubber, ethylene. Examples thereof include propylene rubber, ethylene-propylene-diene rubber, chloroprene rubber, acrylic rubber, and mixtures thereof. Silicone rubber is preferably used because it is soft and has little compression set.
[0021]
Examples of the silicone rubber used here include dimethyl silicone rubber, diphenyl silicone rubber, and fluorosilicone rubber. As the silicone rubber, for example, a curable organopolysiloxane and a crosslinked one using a curing agent having a siloxane skeleton can be used. As the curable organopolysiloxane, for example, dimethylpolysiloxane or an organopolysiloxane having a functional group that reacts with a curing agent such as a vinyl group at the terminal can be used. Moreover, organohydrogenpolysiloxane can be used as a hardening | curing agent. The alkenyl group of the curable organopolysiloxane is a site that reacts with the active hydrogen of the organohydrogenpolysiloxane that is a curing agent to form a crosslinking point, and the type is not particularly limited, but the reactivity with the active hydrogen For reasons such as being high, at least one of a vinyl group and an allyl group is preferable, and a vinyl group is particularly preferable.
[0022]
As an appropriate electric resistance region of the semiconductive layer, a volume resistivity adjusted to 1 × 10 3 to 1 × 10 10 Ω · cm, preferably 1 × 10 4 to 1 × 10 8 Ω · cm is used. When the volume resistivity is in the range of 1 × 10 3 to 1 × 10 10 Ω · cm, the problem of charge leakage does not occur, an appropriate image density is obtained, and problems such as fog do not occur.
[0023]
Here, any material can be used as the highly conductive shaft 1 as long as it has good conductivity. Usually, it is a metal cylindrical body having an outer diameter of 4 to 10 mm made of aluminum, iron, SUS, or the like. It is preferable to use one. The thickness of one layer of the elastic layer is preferably 1 to 6 mm. The developing roller preferably has an Asker C hardness of 25 to 65 °.
[0024]
Of the layers constituting the semiconductive layer, the outermost surface layer preferably contains a resin component and an electronically conductive substance.
[0025]
Next, the outermost surface layer covering the semiconductive elastic layer 2 is specifically polyamide resin, fluorine resin, hydrogenated styrene-butylene resin, polyurethane resin, silicone resin, polyester resin, phenol resin, imide resin, olefin resin. Etc. When the semiconductive resin layer 3 which is the outermost surface layer is formed of a polyurethane resin, the polyurethane resin is preferably used because it has a large ability to charge toner by friction and has wear resistance. The thickness of the outermost surface layer is preferably 3 to 100 μm so as not to impair the flexibility of the elastic layer and to have good wear resistance. More preferably, the outermost surface layer is 10 to 30 μm.
[0026]
Next, examples of the electronic conductive material used to impart conductivity to the semiconductive elastic layer 2 include conductive carbon such as ketjen black EC and acetylene black, SAF, ISAF, HAF, FEF, GPF, Examples thereof include carbon for rubber such as SRF, FT, and MT, carbon for color (ink) subjected to oxidation treatment, metals such as copper, silver, and germanium, and metal oxides. Among these electronically conductive materials, carbon black that is easy to control the conductivity with a small amount is preferably used. These conductive powders are preferably used in an amount of preferably 0.5 to 50 parts by mass, more preferably 1 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the base material. In this way, by using an electronic conductive material as the conductive material for the outermost surface layer, it is possible to obtain a developing roller having good electrical resistance characteristics even at a local portion. In addition, there is little change in electrical resistance due to environmental changes, and image deterioration caused by this change does not occur. When the developing blade comes into pressure contact with the developing roller, the ion conductive material is unevenly distributed, and pressure contact traces such as the developing blade are generated, and defects such as horizontal stripes do not occur in the image. In the present invention, it is possible to provide a developing roller excellent in leak resistance even when only an electronic conductive material is used.
[0027]
In order to obtain the electric resistance required for the developing roller, it is preferable to blend the conductive material in a ratio of 1 to 70 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the resin component constituting the outermost surface layer. More preferably, it can be used at a ratio of 1 to 50 parts by mass.
[0028]
Further, in the present invention, among the layers constituting the semiconductive layer, when the content of carbon black with respect to 100 parts by mass of the resin component forming the outermost surface layer is n parts by mass, the value of n × total current value / 10000 is obtained. It is preferable that it is 0.01-50 nA. As described above, by setting the value of n × current sum value / 10000 to 0.01 to 50 nA, it is possible to more effectively prevent image defects due to leakage.
[0029]
Further, it is preferable that the developing roller is one in which a coating material is applied to the outer peripheral portion, and the coating material is obtained by dispersing a conductive substance in advance using ultrasonic vibration. As an ultrasonic disperser, for example, Branson 8510 can be used.
[0030]
In order to obtain particularly good dispersion, it is preferable to use dispersion by an ultrasonic irradiator. Furthermore, after the surface roughening material is dispersed as necessary, a curing agent or a curing catalyst is added and a paint obtained by stirring is applied by a method such as spraying or dipping. As a result, a developing roller having a total current value of 1.0 × 10 to 1.0 × 10 4 nA flowing in 5 μm square when 10 V is applied can be obtained at any location on the roller surface.
[0031]
The present invention relates to an electrophotographic process cartridge having the developing roller.
[0032]
Also, an electrophotographic image forming apparatus having a developing roller for carrying a toner on the surface to form a toner thin film, and in this state, contacting the latent image carrier and supplying the toner to the latent image carrier The present invention relates to an electrophotographic image forming apparatus having a developing roller. The developing roller according to the present invention can be used in an electrophotographic image forming apparatus. As shown in FIG. 2, the electrophotographic image forming apparatus has a toner application roller 6 for supplying toner, a charging roller 8 for charging the photosensitive drum 5, and a toner image corresponding to the photosensitive drum 5 holding an electrostatic latent image. The toner is supplied to the surface of the developing roller 4 by the developing roller 4 and the toner application roller 6 for forming the toner, and the developing roller 7 for adjusting the toner into a more uniform thin layer. In this state, the developing roller 4 is photosensitive. By rotating while in contact with the drum 5, the toner formed in a thin layer adheres to the latent image on the photosensitive drum 5 from the developing roller 4, and the latent image is visualized. In FIG. 2, reference numeral 10 denotes a transfer portion, which transfers a toner image onto a recording medium such as paper. Reference numeral 9 denotes a cleaning blade, which remains on the surface of the photosensitive drum 5 after transfer. Toner is removed. Further, reference numeral 11 in FIG. 2 denotes a fixing roller, which fixes toner on a recording medium such as paper with heat and pressure.
[0033]
【Example】
(Example 1)
A core metal having an outer diameter of 8 mm is placed concentrically in a cylindrical mold having an inner diameter of 16 mm, and liquid conductive silicone rubber (two-part silicone rubber: Asker C hardness 35 degrees: volume resistivity 1.0 as an elastic layer) × 10 + E7 Ω · cm) was cast, placed in an oven at 130 ° C. and heat-molded for 20 minutes. After demolding, secondary vulcanization was performed in an oven at 200 ° C. for 4 hours to obtain a roller having an elastic layer thickness of 4 mm. Next, a polyol (trade name: Nipponporan N5033, manufactured by Nippon Polyurethane Co., Ltd.) is diluted with methyl ethyl ketone so as to have a concentration of 10%, and carbon black (MA100 (trade name): manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) is used as a conductive substance. 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total solid content of the polyol and the isocyanate compound to be added later, nylon beads (trade name: SP500, manufactured by Toray Industries, Inc.) as a surface roughening material, and the total solid content of the isocyanate compound to be added later Addition of 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass, stirring and dispersing with a ball mill for 12 hours, and further coating with an ultrasonic compound (8510: Branson sales company) for 1 hour, an isocyanate compound (trade name: Coronate L, (Made by Nippon Polyurethane Co., Ltd.) , A urethane paint is prepared by stirring, applied to a previously molded roller by dipping to a film thickness of 15 μm, dried in an oven at 80 ° C. for 15 minutes, and then cured in an oven at 140 ° C. for 4 hours, A developing roller was obtained.
(Example 2)
A developing roller was obtained in the same manner as in Example 1 except that carbon black (trade name: MA100, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) was used as the conductive material and the amount was 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total solid content of the polyol and isocyanate compound. It was.
(Example 3)
Example 1 except that carbon black (trade name: MA100, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) as a conductive substance is 45 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total solid content of polyol and isocyanate compound, and ultrasonic dispersion is set to 4 hours. Similarly, a developing roller was obtained.
( Comparative Example 1 )
A developing roller was obtained in the same manner as in Example 1 except that commercially available sodium perchlorate was used as the conductive material in an amount of 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total solid content of polyol and isocyanate compound.
(Comparative Example 2 )
A developing roller was obtained in the same manner as in Example 1 except that carbon black (trade name: MA100, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) was used as the conductive material at 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total solid content of polyol and isocyanate compound. It was.
(Comparative Example 3 )
Carbon black (MA100 (trade name): manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) as the conductive material is 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total solid content of the polyol and isocyanate compound, and is the same as in Example 1 without using a ball mill. A developing roller was obtained.
<Measurement of roller electrical resistance>
The roller electrical resistance of the roller was measured using an electrical resistance measuring machine shown in FIG. 3 at a voltage of 100 V and a roller rotation speed of 1 rps, and the average value for 30 seconds was defined as the roller electrical resistance value. . The results of measuring the electrical resistance of each roller are shown in Table 1.
<Measurement of total current value>
The current total value of the roller was measured by cutting the roller surface into 3 mm squares, fixing the roller surface to a sample table with a conductive adhesive, and performing simultaneous AFM current measurement with a scanning probe microscope SPA400 (manufactured by Seiko Instruments). SI-AF01-R was used as a cantilever. The measurement conditions were a scanning range of 5 μm, an applied voltage of 10 V, and a measurement data number of 256 × 256. The obtained current image was converted into ASCII data, and the sum of the current values was obtained. Table 1 shows the current value of each roller.
<Leak image evaluation>
The roller leak is evaluated by using a photoconductor with a pinhole having a diameter of 0.2 mm in the non-image area, and outputting a halftone image in a low temperature and low humidity environment (15 ° C / 10% RH) with a color laser printer. The horizontal streaks of the pinhole part and the unevenness of the image were visually determined. Table 1 shows the determination results for each roller.
<Set image evaluation>
The roller is pressed against a flat plate with a 1 kg load (500 g load on both ends of the core) and left in a high temperature and high humidity environment (40 ° C., 95% RH) for 30 days, and then a low temperature and low humidity environment (using a color laser printer) The solid image was output at 15 ° C./10% RH), and the presence or absence of image streaks was visually evaluated. Table 1 shows the determination results for each roller.
[0034]
[Table 1]
Figure 0003673775
As is apparent from the results shown in Table 1, in the embodiment, the developing roller that optimizes the total current value flowing in a 5 μm square at any location on the roller surface effectively controls image defects due to charge leakage. It was found that a high-quality image can be obtained without causing image defects due to set marks. In Comparative Example 3 , even though the roller electrical resistance is the same as in Example 2, the dispersion of carbon black is locally bad, so that the total value of the flowing current is large, resulting in image defects due to leakage.
【The invention's effect】
As described above, according to the developing roller of the present invention and the developing device using the same, it is possible to effectively prevent image defects due to leakage, and at the same time, prevent occurrence of image defects due to set marks. It is possible to obtain a quality image.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a developing roller of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram showing a configuration of a laser printer using the developing roller of the present invention.
FIG. 3 is a conceptual diagram showing an electrical resistance measuring machine according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Core metal 2 Semiconductive elastic layer 3 Semiconductive resin layer 4 Developing roller 5 Photosensitive drum 6 Toner application roller 7 Developing blade 8 Charging roller 9 Cleaning blade 10 Transfer roller 11 Fixing roller 18 Developing roller 19 SUS drum 20 DC power supply 21 Internal resistance

Claims (5)

芯金の周囲に少なくとも1層以上の半導電性層を有する現像ローラにおいて、該現像ローラの最表面層が、樹脂成分と、該樹脂成分100質量部に対して15乃至45質量部の電子導電性物質とを含有し、
該現像ローラ外周部の任意に選択した5μm四方の領域に10Vの電圧を印加した時、流れる電流総和値が1.0×10〜1.0×104nAであることを特徴とする現像ローラ。
In the developing roller having at least one or more semiconductive layers around the cored bar, the outermost surface layer of the developing roller has a resin component and an electronic conductivity of 15 to 45 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the resin component. Containing chemical substances,
A developing roller having a total current value of 1.0 × 10 to 1.0 × 10 4 nA when a voltage of 10 V is applied to an arbitrarily selected 5 μm square area on the outer peripheral portion of the developing roller .
前記電子導電性物質がカーボンブラックであることを特徴とする請求項1記載の現像ローラ。The developing roller according to claim 1, wherein said electron conductive material and wherein the carbon black der Rukoto. 現像ローラの外周部に塗料を塗布し、該塗料が超音波振動を使用して、あらかじめ導電性物質を分散させたものであることを特徴とする請求項1又は2記載の現像ローラ。 Coating is applied to the outer periphery of the developing roller, paint is using ultrasonic vibration, the developing roller according to claim 1 or 2, characterized in that by dispersing pre-conductive material. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の現像ローラを有することを特徴とする電子写真プロセスカートリッジ。 Electrophotographic process cartridge according to claim Rukoto that having a developing roller according to any one of claims 1 to 3. 表面にトナーを担持してトナー薄膜を形成し、この状態で潜像担持体に接触して該潜像担持体にトナーを供給することにより可視化するための現像ローラを有する電子写真画像形成装置において、該現像ローラが請求項1〜4のいずれか1項に記載の現像ローラであることを特徴とする電子写真画像形成装置 In an electrophotographic image forming apparatus having a developing roller for forming a toner thin film by carrying a toner on the surface, and contacting the latent image carrier in this state and supplying the toner to the latent image carrier for visualization an electrophotographic image forming apparatus, wherein the developing roller is the developing roller according to any one of claims 1 to 4.
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