JP5026836B2

JP5026836B2 - 現像ロール

Info

Publication number: JP5026836B2
Application number: JP2007084924A
Authority: JP
Inventors: 浩介峰松; 圭輔所; 司藤田; 康行早崎; 昭二有村
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 2007-03-28
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2027-03-28
Also published as: JP2008242236A

Description

本発明は、複写機，プリンター等の電子写真機器に用いられる現像ロールに関するものである。

複写機，プリンター等の電子写真機器に用いられる現像ロールは、通常、軸体の外周面にゴム等からなる弾性層が形成され、この弾性層の外周に直接もしくは他の層を介して最外層が形成されている。

そして、現像ロールの外周面において確実にトナー搬送を行うことが、高画質の画像を得る上で重要な役割となっている。このため、一般に、現像ロールの最外層の外周面を粗面化することにより、トナー搬送性を向上させている。その粗面化の方法は、様々であるが、例えば、現像ロールの最外層内に絶縁性の粒子等の硬質粒子を分散させることにより、最外層の外周面を粗面化する方法（例えば、特許文献１参照）が知られている。その粗面は、硬質粒子が存在する部分が凸部、硬質粒子が存在しない部分が凹部になった凹凸粗面になっている。
特開２００２−３０４０５３号公報

しかしながら、上記凸部は、硬質粒子の存在により、表面硬度が高くなっている。このため、実機（電子写真機器）においては、例えば、図２に示すように、現像ロール１０はトナー供給ロール２０，層形成ブレード３０および感光ドラム４０等と接触した状態で回転するため、現像ロールの最外層が削れ易い材料であると、長時間の使用により、現像ロール１０の外周面の上記凸部が、層形成ブレード３０，トナー供給ロール２０等との摺動により徐々に摩耗し、外周面の粗面が平坦化される。このような状態になると、トナー搬送量が減少し、画像濃度が薄くなる。また、現像ロールの最外層が削れ難い材料であると、長時間の使用により、上記凸部と凸部の間の凹部にトナー成分が堆積してフィルミングが発生し、画像不具合が発生する。なお、図２において、符号５０はトナーボックス、符号５１はトナー、符号６０は転写ロール、符号Ｐは用紙である。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、画像不具合の発生を防止するとともに、トナー搬送量を長期にわたって維持す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、この軸体の外周面に形成された弾性層と、この弾性層の外周に直接もしくは他の層を介して形成された最外層とを有する現像ロールであって、上記最外層が、下記の（Ａ）および（Ｂ）を必須成分とし、その含有比が質量基準で（Ａ）／（Ｂ）＝１００／５０〜１００／１５０の範囲内であり、下記の式（１）を満たしているという構成をとる。
（Ａ）シリコーングラフトアクリルポリマー。
（Ｂ）ジイソシアネート化合物。

本発明者らは、現像ロールによるトナー搬送量が長期にわたって維持されるようにすべく、研究を重ねた。その研究の過程で、トナー搬送性を向上させる方法として、最外層の外周面に凸部を分布形成することにより最外層の外周面を凹凸粗面にするのではなく、最外層自体をトナーが付着し易い材質にすることを想起し、最外層の形成材料について、研究を重ねた。その結果、最外層の形成材料が上記（Ａ）および（Ｂ）を必須成分とし、その配合比を質量基準で（Ａ）／（Ｂ）＝１００／５０〜１００／１５０の範囲内に設定し、しかも、最外層が上記式（１）を満たすようにすると、フィルミングによる画像不具合を防止しつつ、トナーを付着させ易くなり、トナー搬送量を長期にわたって維持できることを見出し、本発明に到達した。

すなわち、シリコーングラフトアクリルポリマー〔上記（Ａ）〕は、トナーが付着し易い材質である。そして、本発明では、この（Ａ）成分に、ジイソシアネート化合物〔上記（Ｂ）〕を通常の架橋に用いる量よりも過剰〔（Ａ）／（Ｂ）＝１００／５０〜１００／１５０（質量基準）〕に配合することにより、耐摩耗性を向上させている。しかし、（Ａ）成分に対して（Ｂ）成分の配合量が多くなり過ぎると、最外層が殆ど摩耗しなくなるため、最外層の外周面に付着したトナー成分も除去されず、そのトナー成分が最外層の外周面に固着（堆積）してフィルミングが発生し、画像不具合が発生する。逆に、（Ｂ）成分の配合量が少ないと、摩耗速度が速くなり、現像ロールのライフサイクルが短くなる。一方、上記式（１）における〔（破断応力）×（破断歪み）〕の値は、耐摩耗性を示す指標であり、その値が大きいほど、耐摩耗性が高い（摩耗し難い）ことを示す。このように、本発明の現像ロールは、最外層の形成材料に、特定の成分〔上記（Ａ）および（Ｂ）〕を特定の配合〔（Ａ）／（Ｂ）＝１００／５０〜１００／１５０（質量基準）〕で用い、最外層の機械的性質を特定の範囲に設定〔上記式（１）〕することにより、最外層にトナーを付着させ易くしつつ、最外層が層形成ブレード，トナー供給ロール等との摺動により適度に摩耗するように設定し、トナー成分が最外層の外周面に固着（堆積）しない（フィルミングが発生しない）ようにしている。しかも、本発明の現像ロールは、最外層の外周面に硬質粒子による凸部が分布形成されていないため、上記最外層の適度な摩耗は均一であり、この均一の適度な摩耗により、最外層の外周面が適正な表面粗さに維持され、トナー搬送量を長期にわたって維持することができる。

本発明の現像ロールは、最外層が、上記（Ａ）および（Ｂ）を必須成分とし、その含有比が質量基準で（Ａ）／（Ｂ）＝１００／５０〜１００／１５０の範囲内に設定されており、上記式（１）を満たしているため、実機での使用においては、最外層にトナーを付着させ易くしつつ、最外層が適度に摩耗して適正な表面粗さを維持することができ、トナー搬送量を長期にわたって維持することができる。

つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。

図１は、本発明の現像ロールの一実施の形態を示している。この実施の形態の現像ロールは、円柱状の軸体１の外周面に、弾性層２が形成され、この弾性層２の外周面に、中間層３が形成され、この中間層３の外周面に、最外層４が形成されている。そして、上記最外層４は、シリコーングラフトアクリルポリマー（Ａ成分）およびジイソシアネート化合物（Ｂ成分）を必須成分とし、その含有比が質量基準で（Ａ成分）／（Ｂ成分）＝１００／５０〜１００／１５０の範囲内に設定されており、さらに、下記の式（１）を満たしている。

より詳しく説明すると、上記式（１）における〔（破断応力）×（破断歪み）〕の値は、耐摩耗性を示す指標であり、その値が大きいほど、耐摩耗性が高い（摩耗し難い）ことを示す。そこで、本発明の現像ロールでは、上記値を式（１）に示す範囲内（２００〜５００）に設定することにより、最外層が適度に摩耗するように設定されている（例えば、摩耗量５〜１０μｍ程度）。しかも、本発明の現像ロールは、最外層の外周面に硬質粒子による凸部が分布形成されていないため、上記最外層の適度な摩耗は均一となる。この均一の適度な摩耗により、最外層の外周面に付着したトナー成分は固着（堆積）することなく除去され、フィルミングの発生が防止されるとともに、最外層の外周面の表面粗さが適正に維持される。すなわち、上記値が２００を下回ると、実機での使用において、最外層の摩耗量が多くなり、そのため、現像ロールとして適正な電荷や抵抗値が維持できなくなり、画像に不具合が発生する。逆に、上記値が５００を上回ると、最外層が摩耗し難くなり、そのため、最外層の外周面に付着したトナー成分も除去され難くなり、それが固着（堆積）してフィルミングが発生し、画像に不具合が発生する。

そこで、上記最外層４が上記式（１）を満たすよう、最外層４の形成材料として、上記シリコーングラフトアクリルポリマー（Ａ成分）およびジイソシアネート化合物（Ｂ成分）を質量基準で（Ａ成分）／（Ｂ成分）＝１００／５０〜１００／１５０の範囲内で混合したものが用いられる。上記シリコーングラフトアクリルポリマー（Ａ成分）としては、トナーを付着させ易くなる観点から、グラフト変性率が５〜５０重量％の範囲内のものが好ましい。また、上記ジイソシアネート化合物（Ｂ成分）としては、例えば、ジフェニルメタン・ジイソシアネート（ＭＤＩ），トリレン・ジイソシアネート（ＴＤＩ），ヘキサメチレン・ジイソシアネート（ＨＤＩ）等があげられる。

上記最外層４の内側の中間層３の形成材料としては、下記の主材料にカーボンブラック等の導電剤が含有されているものが用いられる。その主材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、ポリウレタン系エラストマー，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），アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ニトリルゴム：ＮＢＲ），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：Ｈ−ＮＢＲ），クロロプレンゴム（ＣＲ），天然ゴム，ブタジエンゴム（ＢＲ），アクリルゴム（ＡＣＭ），イソプレンゴム（ＩＲ），ヒドリンゴム（ＥＣＯ，ＣＯ），ウレタンゴム，フッ素ゴム，ポリエステル、Ｎ−メトキシメチル化ナイロン等があげられる。また、必要に応じて、添加剤等を適宜に添加してもよい。そして、上記形成材料は、例えばメチルエチルケトン（ＭＥＫ）等の有機溶剤に溶解等され、コーティング液として使用に供される。

上記中間層３の内側の弾性層２の形成材料としては、下記の主材料にカーボンブラック等の導電剤が含有されているものが用いられる。その主材料としては、特に限定されるものではなく、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），アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ），水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ），クロロプレンゴム（ＣＲ），ポリウレタン系エラストマー等があげられる。また、必要に応じて、シリコーンオイル，加硫剤，加硫促進剤，滑剤，助剤等を適宜に添加してもよい。

上記弾性層２の内側の軸体１は、特に限定されるものではなく、中実でも中空でもよい。また、上記軸体１の材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、鉄，鉄にめっきを施したもの，ステンレス，アルミニウム等があげられる。そして、上記軸体１の表面には、通常、接着剤やプライマー等が塗布される。さらに、上記接着剤やプライマー等は、必要に応じて、導電化してもよい。

上記現像ロールは、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、軸体１を成形用金型の中空部に同軸的にセットし、密封した後、弾性層２の形成材料を注入する。ついで、それをオーブン等により加熱（通常、１５０〜２００℃の範囲内）し、上記弾性層２を形成する。脱型後、その弾性層２の外周面に、中間層３の形成材料（コーティング液）を、ロールコート法，スプレーコート法，ディッピング法等により塗布した後、乾燥および加熱処理（１２０〜２００℃×２０〜９０分間）を行うことにより、上記中間層３の形成材料（コーティング液）中の溶剤を除去し、硬化させる。つぎに、その中間層３の外周面に、最外層４の形成材料（コーティング液）を、ロールコート法，スプレーコート法，ディッピング法等により塗布した後、乾燥および加熱処理（１２０〜２００℃×２０〜９０分間）を行うことにより、上記最外層４の形成材料（コーティング液）中の溶剤を除去し、硬化させ、最外層４を形成する。このようにして、上記現像ロールを作製することができる。

なお、上記実施の形態の現像ロールは、トナー搬送性のために最外層４の外周面を凹凸粗面に形成するものではないため、その外周面の算術平均粗さ（Ｒａ）は０．１μｍ以下に設定することができ、そのようにしても、必要なトナー搬送量を有している。

また、上記実施の形態では、現像ロールを、弾性層２，中間層３および最外層４の３層構造としたが、中間層３を形成することなく２層構造としてもよいし、弾性層２と中間層３との間や中間層３と最外層４との間に他の層を１層以上形成してもよい。

そして、本発明の現像ロールとともに用いるトナーとしては、特に限定されないが、重合トナーよりも粉砕トナーが好ましい。粉砕トナーは角張っているため、最外層４の外周面に物理的に付き易く、逆に、重合トナーは綺麗な球形であるため、物理的に付き難いからである。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。但し、本発明は、実施例に限定されるわけではない。

〔実施例１〜３、比較例１〜３〕
〔軸体〕
外径８ｍｍ、長さ３５０ｍｍの鉄製の中実円柱状の軸体を準備した。

〔弾性層の形成材料〕
導電性シリコーンゴム（Ｘ３４−２７０Ａ／Ｂ、信越化学工業社製）をニーダーにより混練して弾性層の形成材料を調製した。

〔中間層の形成材料〕
Ｈ−ＮＢＲ（アクリロニトリル量：５０重量％、ヨウ素価：２３ｍｇ／１００ｍｇ）１００重量部と、ステアリン酸０．５重量部と、亜鉛華（ＺｎＯ）５重量部と、カーボンブラック（電気化学工業社製、デンカブラックＨＳ−１００）４０重量部と、ジチオカルバミン酸塩系架橋促進剤（ＢＺ）１重量部と、スルフェンアミド系架橋促進剤（ＣＺ）２重量部と、硫黄１重量部とを、ロールを用いて混練した後、これらをＭＥＫとトルエンの混合有機溶剤〔ＭＥＫ：トルエン（重量比）＝２：１〕に配合し溶解させて２０重量％濃度の中間層形成材料となるコーティング溶液を調製した。

〔最外層の形成材料〕
下記の式（２）で表されるシリコーングラフトアクリルポリマーを作製した。すなわち、（Ｙ₁）_k1部分と（Ｙ₂）_k2部分と（Ｘ）_m部分と（Ｚ）_n1部分とを、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）等のアゾ系重合開始剤の存在下、溶液重合法等によりラジカル重合（重合条件：６０〜１００℃×５〜１０時間）して製造した。なお、上記シリコーングラフトアクリルポリマーの分子量は４０，０００であった。

そして、上記シリコーングラフトアクリルポリマーと、ジイソシアネート化合物（コロネートＬ、日本ポリウレタン社製）と、導電剤（Printex L6、テグサ社製）とを後記の表１に示す割合で用い、ボールミルにより混練した後、ＭＥＫ４００重量部を加えて混合，攪拌して最外層の形成材料を調製した。なお、比較例３にのみ、この形成材料（溶液）に、平均粒径１０μｍのシリカからなる粒子（サイロスフェアＣ１５１０、富士シリシア社製）２０重量部を分散して混合、攪拌した。

〔現像ロールの作製〕
まず、上記軸体および弾性層の形成材料を用いて金型成形（１５０℃×５分間）することにより、軸体の外周面に弾性層（厚み３．５ｍｍ）を形成した。ついで、その弾性層の外周面に、上記中間層の形成材料をロールコート法により塗工した後、乾燥および加熱処理を行い、中間層（厚み２０μｍ）を形成した。さらに、この中間層の外周面に、上記最外層の形成材料をロールコート法により塗工した後、乾燥および加熱処理を行い、最外層（厚み２０μｍ）を形成した。このようにして、３層構造の現像ロールを作製した。

〔（破断応力）×（破断歪み）の測定〕
上記最外層の形成材料を用い、架橋製造（１９０℃×３０分間）することにより、厚み１００μｍのシートを作製し、そのシートから、ダンベル型（ＪＩＳＫ６３０１）に型抜きした。そして、ＪＩＳＫ６３０１に記載の方法に従い、温度２５℃、引張速度５００ｍｍ／分の条件で引張試験を行い、上記ダンベル型の破断応力（ＭＰａ）および破断歪み（％）を測定した。そして、その積を算出し、下記の表１に併せて表記した。

〔摩耗量〕
上記各現像ロールを、その現像ロールがトナー供給ロール（特許第３７４７７９５号公報〔００３２〕段落に記載の硬度が３．４３Ｎのトナー供給ロール）にも層形成ブレード（ＳＵＳ板）にも接触するようなカートリッジに組み込み、そして、そのカートリッジを市販の実機に組み込み、ハーフトーン画像の画像出しを４０００枚行った。なお、トナーは、一成分トナーを用いた。その後、各現像ロール最外層の厚みを、マイクロスコープ（ＰＶ１０、ＯＬＹＭＰＵＳ社製）を用いて測定し、摩耗量を算出した。そして、最外層の摩耗量が１０μｍ以下のものを、耐摩耗性に優れているとして○、１０μｍを上回るものを、耐摩耗性に劣っているとして×と評価し、下記の表１に併せて表記した。

〔フィルミング〕
印字部と非印字部とが、現像ロールの回転軸と直角方向に帯状に延びるストライプ状の画像を４０００枚画像出しした後、ハーフトーン画像を１枚画像出しし、このハーフトーン画像における印字部と非印字部とに相当する各部分の濃度をマクベス濃度計（測定機：Gretag Macbeth社製、反射濃度計：ＲＤ９１４）を用いて測定した。その結果、濃度差（印字部と非印字部との濃度差）が０．０８未満のものをフィルミングが発生していないとして○、０．０８以上のもをフィルミングが発生したとして×と評価し、下記の表１に併せて表記した。

〔画像濃度〕
ハーフトーン画像にて４０００枚画像出しし、４０００枚目の画像の濃度を上記マクベス濃度計を用いて測定した。その結果を下記の表１に併せて表記した。この画像濃度は、０．２を上回るものが適正である。

上記表１の結果から、実施例１〜３の現像ロールは、適度に摩耗し、フィルミングも防止されていることがわかる。これに対し、比較例１の現像ロールは、摩耗量が多く、比較例２の現像ロールは、耐摩耗性に優れるものの、フィルミングが発生した。また、比較例３の現像ロールは、硬質粒子による粗面形成のため、硬質粒子が存在する部分が凸部となってトナーにストレスを与え、トナー成分が凸部と凸部の間の凹部に堆積することでフィルミングが発生した。

本発明の現像ロールの一実施の形態を模式的に示した説明図である。電子写真機器における複写機構の一部を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１軸体
２弾性層
４最外層

Claims

軸体と、この軸体の外周面に形成された弾性層と、この弾性層の外周に直接もしくは他の層を介して形成された最外層とを有する現像ロールであって、上記最外層が、下記の（Ａ）および（Ｂ）を必須成分とし、その含有比が質量基準で（Ａ）／（Ｂ）＝１００／５０〜１００／１５０の範囲内であり、下記の式（１）を満たしていることを特徴とする現像ロール。
（Ａ）シリコーングラフトアクリルポリマー。
（Ｂ）ジイソシアネート化合物。
上記最外層の外周面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以下である請求項１記載の現像ロール。