JP5013733B2

JP5013733B2 - 現像ローラの製造方法

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Publication number: JP5013733B2
Application number: JP2006103240A
Authority: JP
Inventors: 浩二山川
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2006-04-04
Filing date: 2006-04-04
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2026-04-04
Also published as: CN101051202B; US20080013985A1; US8010022B2; JP2007279225A; CN101051202A

Description

本発明は、現像ローラ及びその製造方法に関し、特にトナーの搬送量のばらつきを抑え、良好な画像を形成し得る現像ローラと、その製造方法に関するものである。

複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置においては、潜像を保持した感光ドラムにトナーを供給し、感光ドラムの潜像にトナー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。該加圧現像法においては、例えば、感光ドラムを一定電位に帯電した後、露光機により感光ドラム上に静電潜像を形成し、更に、トナーを担持した現像ローラを、静電潜像を保持した感光ドラムに接触させて、トナーを感光ドラムの潜像に付着させることで現像を行う。

上記加圧現像法において、現像ローラは、感光ドラムに密着した状態を確実に保持しながら回転しなければならないため、金属等の良導電性材料からなるシャフトの外周に、ポリウレタン、シリコーンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、エピクロロヒドリンゴム（ＥＣＯ）等のエラストマーにカーボンブラックや金属粉を分散させた半導電性の弾性体やこれらを発泡させた発泡体からなる半導電性弾性層を形成した構造となっている。また、トナーに対する帯電性や付着性の制御、弾性層による感光ドラムの汚染の防止等を目的として、上記弾性層の表面に、更に表面被覆層を形成する場合がある。

上記構成の現像ローラにおいては、一般に、地かぶり等の画像不良が発生することなく、良好な画像を形成するためには、トナー搬送量を最適なものととすることが求められている。このような要求に対し、従来、現像ローラの表面の粗さを変えたり、表面の研磨方法を変えるなどして、現像ローラの表面形状を調整することによって、現像ローラのトナー搬送性能を向上させる方法が知られている（特許文献１〜３）。

特開２０００−２０６７７９号公報特開平０８−１２３１９１号公報特開平０８−２８６５０１号公報

しかしながら、上記の方法によって現像ローラの表面形状を調整しても、作製された現像ローラによってトナー搬送量にばらつきが生じるという問題があった。

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、特にトナー搬送量が適正に調整された現像ローラを提供することにある。また、本発明の他の目的は、かかる現像ローラの製造方法を提供することにある。

本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、弾性層と該弾性層上に形成された表面被覆層を備えた現像ローラにおいて、表面のＪＩＳ１０点平均粗さ（Ｒｚ）とＪＩＳＺ８７４１による８５°鏡面光沢度を特定の範囲に規定することにより、現像ローラのトナー搬送量を適正に調整できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明の現像ローラの製造方法は、シャフトと、該シャフトの外周に形成された弾性層と、該弾性層の外周面に形成された表面被覆層とを備えた現像ローラであって、表面のＪＩＳ１０点平均粗さ（Ｒｚ）が４〜７μｍであり、表面のＪＩＳＺ８７４１による８５°鏡面光沢度（Ｇｓ（８５°））が14〜55である現像ローラを製造するにあたり、
前記８５°鏡面光沢度（Ｇｓ（８５°））が14〜55となるように、表面被覆層を構成する成分を含む塗料を作成してから常温常湿で24時間以上放置した後、当該塗料を前記弾性層の外周面に塗布することによって該表面被覆層を形成することを特徴とする。

本発明の現像ローラの製造方法の好適例においては、前記弾性層がポリウレタンからなることを特徴とする。

本発明の現像ローラの製造方法の他の好適例においては、前記表面被覆層が架橋性樹脂からなることを特徴とする。

本発明の現像ローラの製造方法の他の好適例においては、前記架橋性樹脂が、ポリウレタン樹脂からなることを特徴とする。

本発明によれば、トナーの搬送量が適正に調整された現像ローラを提供することができるという有利な効果を奏する。また、トナー搬送量を適正に調整することが可能な当該現像ローラの製造方法を提供することができるという有利な効果を奏する。

以下に、本発明の現像ローラを、図を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の現像ローラの一例の断面図である。図示例の現像ローラ１は、シャフト２と、該シャフト２の外周に形成された弾性層３と、該弾性層３の外周面に形成された表面被覆層４とを備える。図中、表面被覆層４は一層よりなるが、本発明の現像ローラの表面被覆層４は、二層以上から構成されていてもよい。本発明の現像ローラにおいては、弾性層３の外周面に表面被覆層４が配設されているため、弾性層３から染み出した汚染物質が感光ドラムを汚染するのを十分に防止することができる。

本発明の現像ローラは、その表面のＪＩＳ１０点平均粗さ（Ｒｚ）が４〜７μｍであり、該表面のＪＩＳＺ８７４１による８５°鏡面光沢度（Ｇｓ（８５°））が14〜55であることを要する。現像ローラ表面の粗さと光沢度が上記範囲内にあることによって、トナー搬送量を適正な範囲内に調整することができ、それによって地かぶり等の画像不良の発生を抑制することができる。

本発明の現像ローラのシャフト２としては、良好な導電性を有する限り特に制限はなく、例えば、鉄、ステンレススチール、アルミニウム等の金属製の中実体からなる芯金や、内部を中空にくりぬいた金属製円筒体等の金属製シャフト、或いは良導電性のプラスチック製シャフト等を用いることができる。

本発明の現像ローラの弾性層３は、エラストマーから形成され、必要に応じて導電剤等の他の成分を含むことができる。該弾性層３に用いるエラストマーとしては、ポリウレタン、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ポリノルボルネンゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム（ＥＣＯ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）及びこれらの混合物等が挙げられ、これらの中でも、ポリウレタンが好ましい。上記弾性層３には、上記エラストマーを非発泡体として用いてもよく、また、上記エラストマーを発泡剤を用いて化学的に発泡させたり、ポリウレタンフォームのように空気を機械的に巻き込んで発泡させる等して、上記エラストマーを発泡体として用いてもよい。

上記弾性層３に用いることができる導電剤としては、電子導電剤、イオン導電剤等が挙げられる。電子導電剤としては、ケッチェンブラック、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ブラック、酸化処理等を施したカラー（インク）用カーボンブラック、熱分解カーボンブラック、天然グラファイト、人造グラファイト、アンチモンドープ酸化スズ、ＩＴＯ、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛等の金属酸化物、ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレン等の導電性ポリマー、カーボンウィスカー、黒鉛ウィスカー、炭化チタンウィスカー、導電性チタン酸カリウムウィスカー、導電性チタン酸バリウムウィスカー、導電性酸化チタンウィスカー、導電性酸化亜鉛ウィスカー等の導電性ウィスカー等が挙げられる。上記電子導電剤の配合量は、上記エラストマー100質量部に対して0.5〜50質量部の範囲が好ましく、1〜40質量部の範囲が更に好ましい。

また、上記イオン導電剤としては、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、ドデシルトリメチルアンモニウム、ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、ベンジルトリメチルアンモニウム、変性脂肪酸ジメチルエチルアンモニウム等の過塩素酸塩、塩素酸塩、塩酸塩、臭素酸塩、ヨウ素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、硫酸塩、エチル硫酸塩、カルボン酸塩、スルホン酸塩等のアンモニウム塩；リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属の過塩素酸塩、塩素酸塩、塩酸塩、臭素酸塩、ヨウ素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、硫酸塩、トリフルオロメチル硫酸塩、スルホン酸塩等が挙げられる。上記イオン導電剤の配合量は、上記エラストマー100質量部に対して0.01〜10質量部の範囲が好ましく、0.05〜5質量部の範囲が更に好ましい。上記導電剤は、１種単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよく、電子導電剤とイオン導電剤とを組み合わせてもよい。

上記弾性層３は、上記導電剤の配合により、その抵抗値を10³〜10⁸Ωcmとすることが好ましく、10⁴〜10⁷Ωcmとすることが更に好ましい。弾性層３の抵抗値が10³Ωcm未満では、電荷が感光ドラム等にリークしたり、電圧により現像ローラ自体が破壊する場合があり、10⁸Ωcmを超えると、現像バイアスが電圧降下を起こし、正常な画像濃度が得られない場合があり、また地かぶりが発生しやすくなる。

上記弾性層３は、必要に応じて上記エラストマーをゴム状物質とするために、有機過酸化物等の架橋剤、硫黄等の加硫剤を含有してもよく、更に加硫助剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、加硫遅延剤等を含有してもよい。また、上記弾性層３は、更に、充填剤、しゃく解剤、発泡剤、可塑剤、軟化剤、粘着付与剤、粘着防止剤、分離剤、離型剤、増量剤、着色剤等のゴム用配合剤を含有してもよい。

また、上記弾性層３の硬度は、特に制限されるものではないが、アスカーＣ硬度で８０度以下、特に４０〜７０度とすることが好ましい。この場合、硬度が８０度を超えると、感光ドラム等との接触面積が小さくなり、良好な現像が行えなくなるおそれがある。更に、トナーに損傷を与え感光体や成層ブレードへのトナー固着などが発生して画像不良となりやすい。逆に、あまり低硬度にすると感光体や成層ブレードとの摩擦力が大きくなり、ジッターなどの画像不良が発生するおそれがある。また、この弾性層３は、感光体や成層ブレードなどに当接して使用されるため、硬度を低硬度に設定する場合でも、圧縮永久歪をなるべく小さくすることが好ましく、具体的には２０％以下とすることが好ましい。

本発明の現像ローラの表面被覆層４を形成する樹脂としては、架橋性の樹脂が用いられるが、架橋性樹脂であれば特に制限はなく、感光ドラム等の画像形成体に対して非汚染性のもので密着しないものであればよい。ここで、架橋性樹脂とは、熱、触媒、空気（酸素）、湿気（水）、電子線等により自己架橋する樹脂または架橋剤や他の架橋性樹脂との反応により架橋する樹脂をいう。このような架橋性樹脂としては、例えば、水酸基、カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、イミノ基、イソシアネート基、メチロール基、アルコキシメチル基、アルデヒド基、メルカプト基、エポキシ基、不飽和基等の反応基を持つフッ素樹脂、ポリアミド樹脂、アクリルウレタン樹脂、アルキッド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエーテル樹脂、アミノ樹脂、尿素樹脂、アクリル樹脂、アクリル変性シリコーン樹脂、スチレン−ブタジエン樹脂およびこれらの混合物が挙げられる。また、これらと他の樹脂との混合物も使用することもできる。これらの架橋性樹脂の中でも、ポリウレタン樹脂が好ましい。

これら架橋性樹脂の架橋に用いられる触媒としては、例えば、過酸化物やアゾ化合物等のラジカル触媒、酸触媒、塩基性触媒等が挙げられる。また、架橋剤としては、水酸基、カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、イミノ基、イソシアネート基、メチロール基、アルコキシメチル基、アルデヒド基、メルカプト基、エポキシ基、不飽和基等の反応基を１分子中に２個以上有する、分子量１０００以下、好ましくは分子量５００以下の化合物であり、例えば、ポリオール化合物、ポリイソシアネート化合物、ポリアルデヒド化合物、ポリアミン化合物、ポリエポキシ化合物等が挙げられる。また、表面被覆層４には、さらに、トナーへの帯電能の向上、他の部材との摩擦力低減や導電性の付与等を目的として、荷電制御剤、滑剤、その他の樹脂等、種々の添加剤を配合することができる。

上記表面被覆層４には、その導電性を制御する目的で導電剤を配合することができ、該導電剤としては、上記弾性層３に用いられる導電剤として例示したものと同様のものを例示することができる。

上記表面被覆層４の形成方法は、表面被覆層４を構成する各成分を含む塗料を調製し、該塗料をディッピング法やスプレー法、或いはロールコート法により弾性層上に塗布し、乾燥する方法が好ましく用いられる。ここで、本発明においては、前記塗料を常温常湿で24時間以上放置した後に当該塗料を前記弾性層の外周面に塗布することによって表面被覆層４を形成することが好ましい。このように、塗料を常温常湿で24時間以上放置することによって、上記鏡面光沢度を有する表面を備えた現像ローラを得ることができ、また、得られる現像ローラのトナー搬送量を適正な範囲内とすることができる。

上記表面被覆層４を形成するための塗料の調整に使用される溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール等のアルコール系溶媒；アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサン等のケトン系溶媒；トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒；ヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒；シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒；酢酸エチル等のエステル系溶媒；イソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒；ジメチルスルフォアミド等のアミド系溶媒；クロロフォルム、ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素系溶媒等あるいはこれらの混合溶媒が好ましく用いられる。かかる溶媒は、用いる樹脂の溶解性に応じて適宜選択すればよく、特に限定されるものではない。

上記表面被覆層４の厚さは、特に制限されるものではないが、1〜50μmであることが好ましく、2〜30μmの範囲が更に好ましい。表面被覆層４の厚さが1μm未満であると、局所的な放電が起こって、画像に白横線が発生しやすくなる場合があり、50μmを超えると、現像ローラの表面が硬くなり、トナーにダメージを与えて感光ドラムや成層ブレードへのトナーの固着が発生して画像不良となる場合がある。

以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。

（実施例１〜７および比較例１〜４）
下記組成の基材ポリマーを混合した後、硬化剤を添加して、あらかじめシャフト２を配置しておいた金型内に注型し、９０℃で８時間硬化させて、シャフト２の外周に弾性層３を形成した。これを脱型した後、表面を研削することにより、ＪＩＳ１０点平均粗さ（Ｒｚ）８μｍに調整した。

基材ポリマー組成
ポリエーテルポリオール（商品名：エクセノール８２８）１００質量部
１，４−ブタンジオール５質量部
シリコーン界面活性剤（商品名：ＢＹ１６−２０１）５質量部
ジブチルチンジラウレート０．０１質量部
アセチレンブラック３質量部
硬化剤
ウレタン変性ＭＤＩ（商品名：スミジュールＰＦ）１７．５質量部

次いで、ウレタン樹脂（商品名：ダイプラコートＳＯ４７４８、大日精化製）100質量部、イソシアネート硬化剤（商品名：ＥＮ-２、大日精化製）10質量部、シリカ充填材（商品名：ニプジルＳＳ-２０、日本シリカ製）20質量部を混合して、表面被覆層形成用塗料を作成した後、常温常湿で表１に示す時間放置した。放置後、溶剤を表１中に示す所定の粘度になるよう適宜使用して塗料を希釈した。これを、上記弾性層３上にディッピング塗布して樹脂塗膜を形成し、１１０℃で４時間硬化させて、表面被覆層４とした。以上のようにして、各実施例および比較例の現像ローラを作製した。

上記実施例及び比較例の現像ローラにつき、以下の特性試験を行った。結果を表１に示す。

（１）表面粗さ（Ｒｚ）
各ローラについて、表面粗さ計サーフコム５９０Ａ（東京精密社製）を用い、軸方向に対して直交する向きに測定長さ２．４ｍｍ、測定速さ０．３ｍｍ／ｓｅｃ．、カットオフ波長０．８ｍｍで、ローラのシャフト方向及び円周方向で偏りが無いように、３００個所以上測定した値を平均してＪｌＳ１０点平均粗さを求めた。

（２）表面光沢度（Ｇｓ（８５°））
各ローラについて、Ｎｏ．４６０１ガードナー・ヘイズクロス計（ＢＹＫガードナー社製）を用いて、ＪＩＳＺ８７４１（１９９７）に準拠して、８５°鏡面光沢度を、ローラを保持したときの頂点で６点測定し、これらの値の平均値を求めた。

（３）ローラ抵抗
各ローラを銅板上に両端に各５００ｇの荷重をかけて押し付け、抵抗率計Ｒ８３４０Ａ（アドバンテスト社製）を用い、１００Ｖの電圧を印加して抵抗値を測定した。

（４）トナー搬送量
各ローラを現像ユニットに装着し、５０ｍｍ／ｓｅｃ．の周速で回転させ、現像ローラ表面に均一なトナー薄層を形成し、このトナー薄層を、吸引式小型帯電量測定装置Ｍｏｄｅｌ２１０ＨＳ-２Ａ（トレック・ジャパン株式会社製）を用いて吸引し、吸引された部分の面積を測定し、単位面積当たりのトナー搬送量を求めた。

（５）耐久試験
各ローラについて、市販の画像形成装置を用いて以下のようにして耐久試験を行った。各ローラの外径は20.00±0.05mm、金属シャフトを保持し測定した外径振れは0.03mm以内とした。トナーは、正帯電、非磁性一成分、重合トナーを使用した。ブレードはシリコーンゴムとした。用紙は、XEROX社製”BUSSINESS MULTIPURPOSE 4200 PAPER”を使用した。印字条件としては、用紙面積に対し、所定の占有面積％となるよう文字数を調整して文字を印字した。印字枚数は１％印字の場合は１４０００枚を上限とした。画像かぶりの判断基準としては、かぶり発生枚数が０〜８０００枚を「×」、８００１〜１１０００枚を「○」、１１００１〜１４０００枚を「◎」とした。

表１から明らかなように、本発明に従う実施例の現像ローラは、トナー搬送量が適正な範囲内であるため、良好な画像を安定して形成することができた。

本発明の現像ローラの一例の断面図である。

符号の説明

１現像ローラ
２シャフト
３弾性層
４表面被覆層

Claims

シャフトと、該シャフトの外周に形成された弾性層と、該弾性層の外周面に形成された表面被覆層とを備えた現像ローラであって、表面のＪＩＳ１０点平均粗さ（Ｒｚ）が４〜７μｍであり、表面のＪＩＳＺ８７４１による８５°鏡面光沢度（Ｇｓ（８５°））が14〜55である現像ローラを製造するにあたり、
前記８５°鏡面光沢度（Ｇｓ（８５°））が14〜55となるように、表面被覆層を構成する成分を含む塗料を作成してから常温常湿で24時間以上放置した後、当該塗料を前記弾性層の外周面に塗布することによって該表面被覆層を形成することを特徴とする現像ローラの製造方法。
前記弾性層がポリウレタンからなることを特徴とする請求項１に記載の現像ローラの製造方法。
前記表面被覆層が架橋性樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の現像ローラの製造方法。
前記架橋性樹脂が、ポリウレタン樹脂からなることを特徴とする請求項３に記載の現像ローラの製造方法。