JP4442812B2

JP4442812B2 - 現像ロール

Info

Publication number: JP4442812B2
Application number: JP2004124689A
Authority: JP
Inventors: 慎岩村; 宏根岸; 直樹平川
Original assignee: Synztec Co Ltd
Current assignee: Synztec Co Ltd
Priority date: 2003-04-22
Filing date: 2004-04-20
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2024-04-20
Also published as: JP2004341511A

Description

本発明は、電子写真式複写機及びプリンタなどの画像形成装置に用いられる現像ロールに関する。

電子写真式複写機及びプリンタなどの画像形成装置等に用いられる現像ロールとしては、所定の導電性、摩擦係数等が要求され、従来、凹凸の形状、配列を最適化することで良好な摩擦係数と十分な摩擦帯電を得ると共に、十分なトナー搬送量を確保し、高品位な画像を得ようとしていた。

例えば、一周方向に傾いたケバ立ち状の凹凸を有するとともに周方向の十点平均粗さと軸方向の十点平均粗さを所定の範囲にし、且つ周方向に沿った十点平均粗さを軸方向に沿った十点平均粗さより大きくし、研磨による凹凸の傾きとローラ回転方向とを逆向き（順目回転）とするものが提案されている（特許文献１参照）。また、円周方向の表面粗さと軸方向の表面粗さを所定の範囲とすると共に、円周方向の十点平均粗さ／軸方向の十点平均粗さの比が０．９〜１．２としたものが提案されている（特許文献２参照）。

しかしながら、上述したような表面状態では、円周方向に研磨による凹凸の傾き（いわゆる、けば立ち状の研磨目）があり、研磨目内にトナーがトラップされてしまうという問題がある。このように研磨目内に一度トナーが捕捉されると、脱離し難く、そのまま使い続けると感光体を汚染する虞があり、新たなトナーを十分に帯電することができなくなり、逆にトナーが感光体に転写されずに画像が白く抜ける原因となる。

特許第３２２１２９５号公報（特許請求の範囲）特開平９−２１１９６４号公報（特許請求の範囲）

本発明は、上述した事情に鑑み、画像形成を安定して行うことができ、白抜け等の問題が生じ難い現像ロールを提供することを課題とする。

前記課題を解決する本発明の第１の態様は、芯金の外周に導電性カーボンブラックを添加することにより導電性を有したポリウレタンゴムからなる少なくとも一層のゴム弾性層を有する現像ロールにおいて、前記ゴム弾性層は、砥石による乾式研磨の後、耐水研磨ペーパによる湿式研磨により形成された表面をイソシアネートを含む表面処理液により表面処理された表面処理層が設けられた表面を有し、その表面状態は、当該ロールの軸方向の十点平均粗さＲｚ_ｘ、第１の周方向の十点平均粗さＲｚ_ｒ１、前記第１の周方向とは逆である第２の周方向の十点平均粗さＲｚ_ｒ２としたとき、これらが下記式１を満足し、且つ当該ロールの軸方向の凹凸の平均間隔Ｓｍ_ｘから算出されるｎ＝１／Ｓｍをｎ_ｘ、第１の周方向の凹凸の平均間隔Ｓｍから算出されるｎ＝１／Ｓｍをｎ_ｒ１、前記第１の周方向とは逆である第２の周方向の凹凸の平均間隔Ｓｍから算出されるｎ＝１／Ｓｍをｎ_ｒ２としたとき、これらが下記式２を満足することを特徴とする現像ロールにある。

［数１］
Ｒｚ_ｘ＞Ｒｚ_ｒ１
Ｒｚ_ｘ＞Ｒｚ_ｒ２
｜Ｒｚ_ｒ１−Ｒｚ_ｒ２｜≦０．３８３μｍ

［数２］
０．４７３＞ｎ_ｒ１／ｎ_ｘ＞０．４３５
０．５９７＞ｎ_ｒ２／ｎ_ｘ＞０．５１０

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記表面処理液が、さらにカーボンブラックを含有したものであることを特徴とする現像ロールにある。

本発明の第３の態様は、請求項１において、前記表面処理液が、さらにカーボンブラックと、アクリルフッ素系ポリマー及びアクリルシリコーン系ポリマーから選択される少なくとも１種のポリマーとを含有したものであることを特徴とする現像ロールにある。

本発明の現像ロールは、周方向の表面粗さが軸方向の表面粗さより小さく且つ順方向および逆方向の表面粗さの差が２μｍ以下と小さいので、また、特に、単位長さ当たりの山数が、軸方向の方が周方向より多いので、研磨目内にトナーが捕捉され難く、安定して感光体に転写され、画像ムラがなくなると共に、トナーのフィルミングがなくなるという効果を奏する。

本発明のゴム弾性層は所定の導電性を有するゴム弾性体からなるものであれば、特に限定されず、１層からなっても２層以上でもよい。また、最表面にコーティング層を設けてあってもよく、最上層に表面処理層を設けてあってもよい。何れにしても、表面の表面粗さが所定の条件を満たす状態となっている。

本発明の現像ロールは、軸方向の十点平均粗さＲｚ_ｘ、第１の周方向の十点平均粗さＲｚ_ｒ１、前記第１の周方向とは逆である第２の周方向の十点平均粗さＲｚ_ｒ２としたとき、周方向十点平均粗さＲｚ_ｒ１及びＲｚ_ｒ２が軸方向の十点平均粗さＲｚ_ｘより小さい、すなわち、Ｒｚ_ｘ＞Ｒｚ_ｒ１，Ｒｚ_ｒ２であり、且つ周方向十点平均粗さＲｚ_ｒ１及びＲｚ_ｒ２の差が２μｍ以下、すなわち、｜Ｒｚ_ｒ１−Ｒｚ_ｒ２｜≦２μｍである。なお、周方向十点平均粗さＲｚ_ｒ１及びＲｚ_ｒ２は、少なくとも一方が２〜６μｍの範囲に入っていると、良好な画像が得られる。

また、本発明の現像ロールは、軸方向の凹凸の平均間隔Ｓｍ_ｘ、第１の周方向の凹凸の平均間隔Ｓｍから算出されるｎ＝１／Ｓｍをｎ_ｒ１、前記第１の周方向とは逆である第２の周方向の凹凸の平均間隔Ｓｍから算出されるｎ＝１／Ｓｍをｎ_ｒ２としたとき、これらが、ｎ_ｘ＞ｎ_ｒ１、ｎ_ｘ＞ｎ_ｒ２の条件を満たす状態となっている。ここで、Ｓｍの逆数であるｎは凹凸の山数を示す指標となる。例えば、単位長さ、例えば、１ｍｍ当たりの山数は、軸方向の方が周方向より多いものとなる。

このような表面状態とすることにより、良好な摩擦係数と十分な摩擦帯電を維持したまま、トナーが研磨目内にトラップされることなく感光体に良好に転写することができる。

また、このような表面状態を形成するには、ゴム弾性体を研磨する際に、研磨砥石による乾式研磨の後、耐水研磨ペーパによる湿式研磨を施すのが好ましい。

ここで、乾式研磨は、具体的には、例えば、ロールを回転させた状態で、回転砥石を当接させながら軸方向に亘って移動させることにより行う。

このとき、軸方向の表面粗さより周方向の表面粗さの方が大きくなるように研磨するのが好ましい。

また、湿式研磨は、耐水研磨ペーパ、例えば、耐水性のサンドペーパを用い、これに研磨液を供給しながらロールを回転させた状態で当接させることにより、研磨する。具体的には、図１に示すように、耐水研磨ペーパ１１を巻き出しロール１２から受けロール１３に巻きかけて巻き取りロール１４へ巻き取りながら、耐水研磨ペーパ１１上へ研磨液１５を供給し、受けロール１３に対向させて配置した現像ロール１を回転させた状態で耐水研磨ペーパ１１へ当接させる。この状態で現像ロール１を軸方向へ移動させながら研磨することにより、上述した研磨状態が得られる。すなわち、軸方向の表面粗さより大きかった周方向の表面粗さを軸方向の表面粗さより小さくし、また、２つの周方向の表面粗さの差を２μｍ以下とすることができる。また、これにより、軸方向の凹凸の山数が大きく増加し、より周方向の凹凸の山数よりも多くすることができる。

また、このとき、耐水研磨ペーパ１１を幅方向に小さく往復移動させながら研磨することにより、周方向の表面粗さの差を小さくすることができる。なお、現像ロール１の回転方向、すなわち、研磨方向は乾式研磨の研磨方向と逆方向が好ましいが、同一方向でもよい。

本発明の現像ロールは、研磨した後、コーティング層を設けてもよいが、表面状態を維持し且つ所定の摩擦係数及び摩擦帯電を行うことができる表面処理を施すのが好ましく、表面処理を行うことにより軸方向の凹凸の山数が増加する傾向は顕著になる。何れにしても、最終的な表面状態が上述した表面状態を有するようにする。

ここで、本発明のゴム弾性層を形成するゴム弾性体としては、各種ゴム材料を用いることができるが、特に、エーテル系又はエステル系ポリオールとイソシアネートとを反応して得られるポリウレタン、特に好ましくはエーテル系ポリウレタンを用いるのが好ましい。また、所定の導電性を有するポリウレタンゴムとする必要がある。ここで、導電性を有するポリウレタンゴムとしては、導電性カーボンブラックを少なくとも一種添加して導電性を付与した電子導電性のもの、又は過塩素酸リチウムなどのイオン導電剤の少なくとも一種を添加したイオン導電性のもの、又は電子導電性及びイオン導電性の両者を付与したハイブリッドタイプのものを挙げることができ、特に限定されない。

本発明のゴム弾性層として好適に用いられるエーテル系ポリウレタンは、エーテル系ポリオールを主体とするポリオールとポリイソシアネートとを反応することにより得られる、いわゆる注型タイプのポリウレタンである。これは圧縮永久ひずみを小さくするためである。なお、エーテル系ポリウレタンでもミラブルタイプとすると圧縮永久ひずみを十分に小さくすることができない。一方、エステル系ポリウレタンを用いた場合には、加水分解特性が悪く、長期に亘って安定して使用できない。

一方、ポリオールと反応させるイソシアネートとしては、例えば、２，４−トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、４，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、パラフェニレンジイソシアネート（ＰＰＤＩ）、１，５−ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、３，３−ジメチルジフェニル−４，４′−ジイソシアネート（ＴＯＤＩ）、及びこれらのイソシアネートを両末端に有するプレポリマー等の変性体や多量体などを挙げることができる。

また、ゴム弾性層の表面は、上述したようにイソシアネート化合物を含浸させて硬化させたイソシアネート処理により表面処理されているのが好ましい。ここで、使用する表面処理液は、イソシアネート化合物を有機溶剤に溶解させたもの、さらには、これにカーボンブラックを添加したものを用いることができる。また、アクリルフッ素系ポリマー及びアクリルシリコーン系ポリマーから選択される少なくとも１種のポリマーと、導電性付与剤と、イソシアネート成分とを含有する表面処理液を用いることもできる。

ここで、イソシアネート化合物としては、２，４−トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、４，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、パラフェニレンジイソシアネート（ＰＰＤＩ）、１，５−ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）及び３，３−ジメチルジフェニル−４，４′−ジイソシアネート（ＴＯＤＩ）および前記記載の多量体および変性体などを挙げることができる。

ここで、このようにゴム弾性層の表面に、イソシアネートを含む表面処理液により表面処理された表面処理層が設けられる場合には、この表面処理により、所定の表面状態と摩擦係数が得られると共に、電気抵抗値にバラツキが小さくなり、所定の電気抵抗値を有する現像ロールを得られるようになるという効果も奏する。すなわち、ゴム弾性層が電子導電性又はハイブリッド対応の場合には、表面処理層が形成されたゴム弾性層の表層領域のカーボンブラックのストラクチャーが表面から内方に亘って徐々に切断されて電気抵抗値が徐々に小さくなるように傾斜した傾斜抵抗層が形成されており、カーボンブラックの添加量と傾斜抵抗層とを適宜設定することにより、所定の電気抵抗値が得られるようになる。

このように表面処理により傾斜抵抗層を形成する場合に本発明のゴム弾性層に添加するカーボンブラックは、通常、充填剤として使用されるカーボンブラックではなく、導電性カーボンブラックを主体として使用する。導電性カーボンブラックは添加量のバラツキにより発現する電気抵抗値が大きく変化するので、従来、使用が敬遠されていたが、本発明では、導電性カーボンブラックを添加した導電性ポリウレタンに所定の表面処理を行って、表面処理された領域のカーボンブラックのストラクチャーを切断して傾斜抵抗層を形成するようにすることにより、狙いの電気抵抗値が安定して得られるようになった。なお、導電性カーボンブラックは、それ単独で用いてもよいが、通常のカーボンブラックを併用してもよい。なお、カーボンブラックは、ポリウレタンの原料、好ましくはポリオールと均一に分散するのが好ましく、粒度が２０μｍ以下となるように分散させた状態でポリイソシアネートと反応させるのが好ましい。

なお、カーボンブラックの添加量は、狙いの電気抵抗値によって異なるが、エーテル系ポリオール１００重量部に対して８重量部以下とするのが好ましい。これより多く添加すると、成形が困難になるからである。

また、ゴム弾性層の圧縮永久ひずみ（ＪＩＳＫ６２６２）は、５％以下となるようにするのが好ましい。これより大きくなると、帯電量にバラツキが生じてしまうからである。

以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

〈ロールの製法〉
ポリエーテル系ポリオール１００重量部に、ケッチェンブラックＥＣ（ケッチェンブラックインターナショナル社製）を３重量部添加し、さらに、ジフェニルメタンジイソシアネート２０重量部を添加・混合し、あらかじめシャフトが配置されている１２０℃に予熱された金型に注入し、１２０℃にて１２０分間加熱し、両端部を除くシャフト表面に導電性ポリウレタン層が形成されたロールを得た。

〈ロール表面の研磨〉
ロールを研磨砥石で研磨し、寸法を合わせた後、図１に示す装置で湿式研磨し、周方向の表面粗さを小さくした。

〈表面処理液の調製〉
酢酸エチル１００重量部、イソシアネート化合物（ＭＤＩ）２０重量部およびアセチレンブラック（電気化学工業社製）５重量部をボールミルを用いて３時間分散混合した。

〈ロールの表面処理〉
表面処理液を２０℃に保ったまま、前記ロールを３０秒間浸漬後、１００℃に保持されたオーブンで１０時間加熱し、表面が高硬度の現像ロールを得た。

（比較例１）
湿式研磨を行わない以外は実施例と同様に処理した。

（比較例２）
乾式研磨条件を調整して、軸方向の表面粗さより周方向の表面粗さが小さくなるように研磨し、その後湿式研磨を行わない以外は実施例と同様に処理した。

（比較例３）
乾式研磨条件を調整して、軸方向の山数が周方向より少なくなるように研磨し、その後湿式研磨を行わない以外は実施例と同様に処理した。

（試験例１）
表面粗さ計（小坂研究所製、ＳＥ−３３００）にて、乾式研磨後、湿式研磨後、及び表面処理後のそれぞれについて、軸方向の表面粗さＲｚ_ｘ、及び周方向の表面粗さＲｚ_ｒ１、Ｒｚ_ｒ２を測定した。現像ロール５本について測定した結果を表１に示す。なお、単位はμｍである。

（試験例２）
実施例の現像ロール３本と、比較例１，２の現像ロールについて、十点平均粗さ（表面粗さ）Ｒｚの測定を行うと共に、実機ＬＢＰに組み込み、ベタ画出し試験を行い、画像を目視にて評価した。

この結果を表２に示す。なお、表面粗さの単位はμｍである。また、画像評価は、○：ムラなく均一な画像、△：画像ムラがみられる、×：白抜けがみられる、で判定した。

この結果、実施例では画像ムラが観察されなかったが、周方向の表面粗さが軸方向の表面粗さより大きい比較例１及び周方向の表面粗さが軸方向の表面粗さより小さいが、２方向の回転方向の表面粗さが２μｍより大きい比較例２では画像の白抜けが観察された。

（試験例３）
表面粗さ計（小坂研究所製、ＳＥ−３３００）にて、乾式研磨後、湿式研磨後、及び表面処理後のそれぞれについて、試験例１と同様に軸方向の表面粗さＲｚ_ｘ、及び周方向の表面粗さＲｚ_ｒ１、Ｒｚ_ｒ２を測定すると共に、凹凸の間隔Ｓｍ_ｘ、及び周方向の凹凸の間隔Ｓｍ_ｒ１、Ｓｍ_ｒ２を測定した。現像ロール５本について測定し、その逆数である凹凸の山数ｎ_ｘ＝１／Ｓｍ_ｘ、ｎ_ｒ１＝１／Ｓｍ_ｒ１、ｎ_ｒ２＝１／Ｓｍ_ｒ２を求めた結果を表３及び表４に示す。なお、ｎ_ｘ、ｎ_ｒ１、ｎ_ｒ２は１ｍｍ当たりの山数である。

（試験例４）
実施例の現像ロール３本と、比較例３の現像ロールについて、十点平均粗さ（表面粗さ）Ｒｚの測定及び凹凸の間隔Ｓｍの測定を行うと共に、実機ＬＢＰに組み込み、ベタ画出し試験を行い、画像を目視にて評価した。

この結果を表５に示す。なお、表面粗さの単位はμｍである。また、Ｓｍは、逆数をとって凹凸の山数ｎとした。ｎは１ｍｍあたりの山数である。画像評価は、○：ムラなく均一な画像、△：画像ムラがみられる、×：白抜けがみられる、で判定した。

この結果、実施例では画像ムラが観察されなかったが、軸方向の山数が周方向より小さい比較例３では画像ムラが観察された。

一実施形態にかかる現像ロールの湿式研磨の様子を示す図である。

符号の説明

１現像ロール
１１耐水研磨ペーパ
１２巻き出しロール
１３受けロール
１４巻き取りロール
１５研磨液

Claims

芯金の外周に導電性カーボンブラックを添加することにより導電性を有したポリウレタンゴムからなる少なくとも一層のゴム弾性層を有する現像ロールにおいて、前記ゴム弾性層は、砥石による乾式研磨の後、耐水研磨ペーパによる湿式研磨により形成された表面をイソシアネートを含む表面処理液により表面処理された表面処理層が設けられた表面を有し、その表面状態は、当該ロールの軸方向の十点平均粗さＲｚ_ｘ、第１の周方向の十点平均粗さＲｚ_ｒ１、前記第１の周方向とは逆である第２の周方向の十点平均粗さＲｚ_ｒ２としたとき、これらが下記式１を満足し、且つ
当該ロールの軸方向の凹凸の平均間隔Ｓｍ_ｘから算出されるｎ＝１／Ｓｍをｎ_ｘ、第１の周方向の凹凸の平均間隔Ｓｍから算出されるｎ＝１／Ｓｍをｎ_ｒ１、前記第１の周方向とは逆である第２の周方向の凹凸の平均間隔Ｓｍから算出されるｎ＝１／Ｓｍをｎ_ｒ２としたとき、これらが下記式２を満足することを特徴とする現像ロール。
［数１］
Ｒｚ_ｘ＞Ｒｚ_ｒ１
Ｒｚ_ｘ＞Ｒｚ_ｒ２
｜Ｒｚ_ｒ１−Ｒｚ_ｒ２｜≦０．３８３μｍ
［数２］
０．４７３＞ｎ_ｒ１／ｎ_ｘ＞０．４３５
０．５９７＞ｎ_ｒ２／ｎ_ｘ＞０．５１０
請求項１において、前記表面処理液が、さらにカーボンブラックを含有したものであることを特徴とする現像ロール。
請求項１において、前記表面処理液が、さらにカーボンブラックと、アクリルフッ素系ポリマー及びアクリルシリコーン系ポリマーから選択される少なくとも１種のポリマーとを含有したものであることを特徴とする現像ロール。