JP6484483B2 - 現像ローラ、現像装置及び画像形成装置 - Google Patents
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また、これら以外にも、表面を砥石等で研磨することにより、所定の表面粗さに調整した現像ローラや、成形金型の内面をブラスト処理して所定の粗さに調整した成形金型を用いて弾性層を型成形することにより、所定の表面粗さに調整した現像ローラ等も知られている。
また、研磨により表面粗さを調整した現像ローラは、高コストになるうえ、それほど微細な凹凸が形成されていないため、トナーフィルミングが生じやすく、これにより耐久性が低下しやすいという問題があった。さらに、ブラスト処理された成形金型により型成形された現像ローラは、微細な凹凸が形成されているので、搬送量も少なく、耐久性が低下しやすいことより、トナーフィルミングも生じやすいという問題があった。
(1)軸体と、前記軸体の外周に成形された、中実なシリコーンゴム弾性層と、前記シリコーンゴム弾性層の外周に形成された、ウレタン樹脂からなる被覆層とを備えた現像ローラであって、
前記被覆層が、平均粒径が5〜15μmの微粒子を含有し、
前記被覆層の表面に該微粒子で形成された不規則な凸部を有し、前記表面の13125μm2の領域に存在する前記凸部の数が3個以上80個以下であり、
前記被覆層の十点平均粗さRzが5.2μm以下である現像ローラ。
(2)前記被覆層の全面積SAに対する、前記凸部の表面積STの表面積比(ST/SA)が、0.05〜0.2の範囲内である(1)に記載の現像ローラ。
(3)前記被覆層が、最外層である(1)又は(2)に記載の現像ローラ。
(4)上記(1)〜(3)のいずれか1項に記載の現像ローラを備えた現像装置。
(5)上記(1)〜(3)のいずれか1項に記載の現像ローラを備えた画像形成装置。
本発明の現像ローラ及び現像装置は、画像形成装置が高濃度で高画質の画像を長期にわたって形成することに貢献できる。また、本発明の画像形成装置は、高濃度で高画質の画像を長期にわたって形成できる。
本発明の現像ローラの好ましい一例である現像ローラは、図1に示されるように、棒状又は管状の軸体2と、軸体の外周に形成された管状のゴム弾性層(図1において図示しない)と、ゴム弾性層の外周に形成された被覆層4とを備えている。
軸体2は、例えば、鉄、アルミニウム、ステンレス鋼、真鍮等で構成された所謂「芯金」であり、良好な導電特性を有している。軸体2は、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂等の絶縁性芯体にメッキを施して導電化した軸体であってもよい。軸体2は、金属で形成された、高伝導性であることが好ましい。
ゴム弾性層は、発泡ゴムからなる発泡層であってもよいが、厚み精度が優れる点で、中実な層であるのが好ましい。本発明において「中実」とは、内部に中空部が存在しない場合に加えて、例えば0.1個/mm2以下の中空部が存在する場合をも包含する。
微粒子の平均粒径は、5〜15μmである。平均粒径が5μm未満であると、現像ローラ1の表面粗さ(十点平均粗さRz)が小さくなり、現像剤搬送性が低下することがある。一方、15μmを超えると、解像度が低下して形成される画像の画質が悪化することがある。優れた現像剤搬送性と高解像度とを高い水準で両立できる点で、微粒子の平均粒子径は、5〜14μmであることが好ましく、6〜12μmであることがさらに好ましい。微粒子の粒径は、現像ローラ1を切断処理した後に、顕微鏡により断面を測ることによって、測定できる。
また、微粒子の形状も特に限定されない。例えば、粒状であってもよく、柱状、棒状、不定形、円盤状(偏平状)でもよい。
被覆層4が有する凸部4aの数(凸部数という)については、被覆層4における表面のうち13125μm2(140μm×93.75μm)の領域に存在する凸部数が100個以下である。凸部数が100個を超えると、表面の凸部4a近傍にトナーフィルミングが発生しやすく、トナーフィルミングにより被覆層4に付着する現像剤量(フィルミング量という)が多くなる。トナーフィルミングの発生を長期わたって抑え、しかもフィルミング量も低減できる点で、凸部数は、90個以下であることが好ましく、80個以下であることがさらに好ましい。凸部数の下限値は、凸部4aが存在する限り特に限定されないが、例えば、1個以上であることが好ましく、2個以上であることがより好ましく、3個以上であることがさらに好ましい。
すなわち、被覆層4の表面において、微粒子が存在する領域を観測対象(測定点は少なくとも3点)とし、そのうちの13125μm2(140μm×93.75μm)の領域を、レーザー顕微鏡:VK−8700(商品名、キーエンス社製)により、倍率100倍にて、観察する。観測領域において、140μmの長さ方向は現像ローラ1の長手方向と平行とし、93.75μmの長さ方向は現像ローラ1の円周方向と平行とする。
このようにして観測した観測領域内に、微粒子に基づく凸部4aが存在する数を計数する。各測定点で計数された凸部数を平均して、上記領域の凸部数とする。
ここで、観測領域内の凸部4aは粒子解析ソフトを用いて2値化により、判別できる。
上記のように表面を観測して、観察領域の表面の二次元画像を得る。この二次元画像を二値化(条件:オプションソフトにより二値化、照明、ピント及びしきい値はいずれも自動調整に設定。)する。観測領域の全ピクセル数を計数し、このピクセル数から合計面積SAを算出する。また、同様にして、凸部4aを示す領域のピクセル数から凸部4aの合計表面積STを算出する。表面積STを面積SAで除して、表面積比(ST/SA)を算出する。
十点平均粗さRzは、JIS B0601−1984に準じて、先端半径2μmの測定プローブを備えた表面粗さ計(商品名「590A」、東京精密社製)に、現像ローラ1をセットし、測定長2.4mm、カットオフ波長0.8mm、カットオフ種別ガウシアンにより、少なくとも3点を測定点として測定した値の平均値とする。測定位置は、被覆層4の、軸方向の中央約200mm以内の両端部及び中央部の少なくとも3点とする。
十点平均粗さRzは、微粒子の平均粒径又は含有量等により、上記範囲に設定できる。
例えば、本発明の現像ローラは、軸体とゴム弾性層と被覆層とを備えていれば、他の構成は特に限定されない。例えば、本発明の現像ローラは、軸体とゴム弾性層の間又はゴム弾性層と被覆層との間に接着層又はプライマー層等の中間層を有していてもよい。また、後述するように、被覆層の表面に表層を有していてもよい。
このような表層は、所定の機能を有していればよく、好ましくは、Si元素及びフッ素元素の少なくとも1種を含有することが好ましい。
Si元素を含有する表層としては、例えば、Si元素を含有する材料で形成された表層が挙げられる。Si元素を含有する材料としては、例えば、シリコーングラフトポリマー含有ウレタン、アクリルシリコーン樹脂含有ウレタン、シリコーン系レベリング剤含有ウレタン、シリコーンオイル含有ウレタン、又は、シランカップリング剤が挙げられる。
フッ素元素を含有する表層としては、例えば、フッ素元素を含有する材料で形成された表層が挙げられる。フッ素元素を含有する材料としては、例えば、フッ素ポリオールとイソシアネートとのウレタン、フッ素系界面活性剤含有ウレタン、アクリルフッ素樹脂含有ウレタン、又は、PTFEビーズなどフッ素系微小ビーズ含有ウレタンが挙げられる。
Si元素及びフッ素元素を含有する表層としては、例えば、Si元素及びフッ素元素を含有する材料で形成された表層が挙げられる。Si元素及びフッ素元素を含有する材料としては、例えば、ウレタンにフッ素ポリオールと水酸基含有アクリルシリコーン樹脂のグラフト樹脂で形成された表層が挙げられる。
すなわち、現像ローラから表層を採取した試験片を、X線光電子分光法(ESCA)にて分析する。検出された元素の種類を分析する。
現像ローラ1を製造する方法を説明するが、本発明はこれに限定されない。
ゴム弾性層を形成するゴム組成物は、特に限定されないが、上記した中でも、シリコーンゴム組成物が好ましく、オルガノポリシロキサン及び導電性付与剤を含有するシリコーンゴム組成物がさらに好ましい。
導電性付与剤は、導電性を有していれば特に限定されず、例えば、導電性カーボン、ゴム用カーボン類、金属、導電性ポリマー等の導電性粉末が挙げられる。
シリコーンゴム組成物は、各種の添加剤を含有していてもよい。このような添加剤としては、例えば、鎖延長剤及び架橋剤等の助剤、触媒、分散剤、発泡剤、老化防止剤、酸化防止剤、充填材、顔料、着色剤、加工助剤、軟化剤、可塑剤、乳化剤、耐熱性向上剤、難燃性向上剤、受酸剤、熱伝導性向上剤、離型剤、溶剤等が挙げられる。
この付加硬化型ミラブル導電性シリコーンゴム組成物は、特開2008−058622号公報に記載の「付加硬化型ミラブル導電性シリコーンゴム組成物」を用いることができ、これに記載された内容は本明細書に組み込まれる。
この付加反応型発泡シリコーンゴム組成物は、特開2008−076751号公報に記載の「付加反応型発泡シリコーンゴム組成物」を用いることができ、これに記載された内容は本明細書に組み込まれる。
ゴム弾性層は、所望により、その表面が研磨、研削されて、外径及び表面状態等が調整される。ゴム弾性層は、所望により、外周にプライマー層が形成されてもよい。また、プラズマ処理、エキシマ処理、UV処理、コロナ処理、イトロ処理又はフレーム処理等によって、表面を改質することもできる。
被覆層4がウレタン樹脂で形成される場合、微粒子含有樹脂組成物及び樹脂組成物は、上記ポリエステルウレタン樹脂を形成する前駆体であるウレタン調製成分を含有する。このウレタン調製成分は、ポリウレタン樹脂を形成できればよく、例えば、ポリエステルポリオールとイソシアネートとの混合物が挙げられる。ウレタン調製成分は、ポリエステルウレタン樹脂を形成できるものが好ましく、例えば、ポリエステルポリオールとイソシアネートとの混合物が挙げられる。
ポリエステルポリオールは、1種又は2種以上を使用できる。
ポリイソシアネートは、1種又は2種以上を使用できる。
脂肪族ポリイソシアネートとしては、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート(TMHDI)、リジンジイソシアネート、ノルボルネンジイソシアナートメチル(NBDI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)、テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)等が挙げられる。
脂環式ポリイソシアネートとしては、例えば、トランスシクロヘキサン−1,4−ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、H6XDI(水添XDI)、H12MDI(水添MDI)、4,4’−ジシクロへキシルメタンジイソシアネート等が挙げられる。
このようにして塗工された微粒子含有樹脂組成物及び樹脂組成物を硬化する方法は、微粒子含有樹脂組成物及び樹脂組成物の硬化等に必要な熱を加えられる方法であればよく、例えば、加熱器で加熱する方法が挙げられる。加熱温度は、例えば、100〜200℃、特に120〜160℃、加熱時間は10〜120分間、特に30〜60分間であるのが好ましい。このようにして被覆層4を形成できる。
例えば、被覆層4を形成する樹脂組成物に上記材料を混合して、ゴム弾性層の周囲に塗布、硬化(乾燥)することにより、被覆層4と表層とを形成することができる。
Si元素を含有する表層の形成方法:
Si元素を含有する材料は、アクリルシリコーン樹脂、シランカップリング剤、反応性シリコーンオイルやレベリング剤などシリコーン系塗料用添加剤を配合することによって表面を改質できる。例えば、ポリカーボネートジオールとアクリルシリコーンポリマーの混合品合計とポリイソシアネートとのモル比率(NCO/OH)が0.85〜1.1の場合もお互いの樹脂の相容性がよければ作業変更もなく上記同じ条件にて成形できる。
F元素を含有する表層の形成方法:
フッ素元素を含有する材料は、フッ素ポリオール、フッ素ゴム、PTEF、PFA、フッ素系レベリング剤、フッ素ポリオール、アクリルフッ素ポリマー、フッ素系界面活性剤などを配合することによって表面を改質できる。例えば、ポリカーボネートジオールとポリイソシアネートとのモル比率(NCO/OH)が0.85〜1.1の場合も添加剤としてお互いの樹脂の相容性がよければ作業変更もなく上記同じ条件にて成形できる。また、フッ素樹脂パウダーを混合してもよい。
Si元素及びF元素を含有する表層の形成条件:
フッ素系シリコーングラフト樹脂をイソシアネートとのモル比率(NCO/OH)が0.85〜1.1の場合もお互いの樹脂の相容性がよければ作業変更もなく上記同じ条件にて成形できる。また、Si元素を含有する材料の配合にフッ素系添加剤を相容性が良ければ混ぜてもよい。また、フッ素元素を含有する材料の配合にシリコーン系添加剤を混ぜてもよい。
このような現像ローラ1は、画像形成装置に装着されると、現像剤搬送性に優れるとともに画像形成装置でのトナーフィルミングの発生を抑えて、画像形成装置が高濃度で高画質の画像を長期にわたって形成すること(耐久性の向上)に貢献できる。
画像形成装置10は、各色の現像ユニットB、C、M及びYに装備された複数の像担持体11B、11C、11M及び11Yを転写搬送ベルト6上に直列に配置したタンデム型カラー画像形成装置であり、現像ユニットB、C、M及びYが転写搬送ベルト6上に直列に配置されている。現像ユニットBは、像担持体11B例えば感光体(感光ドラムとも称される。)と、帯電手段12B例えば帯電ローラと、露光手段13Bと、現像装置20Bと、転写搬送ベルト6を介して像担持体11Bに当接する転写手段14B例えば転写ローラと、クリーニング手段15Bとを備えている。
図1に示される現像ローラ1を以下のようにして製造した。得られた現像ローラ1について下記物性の測定及び性能の評価をした。
軸体2(SUM23、直径8mm、長さ282mm)の表面にシリコーン系プライマー(商品名:プライマーNo.4、信越化学工業社製)を塗布し、その後ギヤオーブン中で150℃乾燥させ、プライマー処理した。
調製した付加硬化型液状導電性シリコーンゴム組成物と軸対とを一体成型して、軸体2の外周にゴム弾性層を成形した。このゴム弾性層は、厚さ3mmの中実体であり、JIS A硬度が40であった。
・ウレタン調製成分のポリオール:カーボネートジオール(水酸基価=56、商品名:プラクセルCD220、ダイセル社製)100部
・ウレタン調製成分のポリイソシアネート:ヘキサメチレンジイソシアネート(商品名「デュラネートTPA−B80E」、旭化成社製)36質量部
・カーボンブラック:(商品名「トーカブラック#5500」、東海カーボン社製)16.2質量部(ウレタン調製成分100質量部に対して11.9質量部)
・ジブチル錫ジウラウレート(商品名「ジ−n−ブチルすずジウラウレート」、昭和化学社製)0.03質量部
・ウレタン系微粒子(商品名アートパールP−600T、平均粒径6μm、根上工業社製)10質量部(ウレタン調製成分100質量部に対して7.35質量部)
このようにして、現像ローラ1を製造した。
参考例1において、カーボネートジオールをプラクセル220EC(商品名、ダイセル社製)に変更し、ウレタン系微粒子アートパールP−800TをアートパールP−400T(商品名、平均粒径15μm、根上工業社製)に代えたこと以外は、参考例1と同様にして、現像ローラ1を製造した。
実施例2において、ウレタン系微粒子アートパールP−800TをアートパールRV−600T(商品名、平均粒径10μm、根上工業社製)に変更したこと以外は、実施例2と同様にして、現像ローラ1を製造した。
参考例1において、ウレタン系微粒子アートパールP−800TをアートパールRV−600T(商品名、平均粒径10μm、根上工業社製)に変更し、かつモディパーF206(アクリルフッ素樹脂、日油社製)を1質量部添加したこと以外は、参考例1と同様にして、現像ローラ1を製造した。得られた現像ローラはフッ素元素を含有する材料が被覆層4の表面に移行して表層を形成していた。
実施例3において、形成した被覆層4に、実施例3で使用した微粒子含有ウレタン樹脂組成物から微粒子を除き、かつサイマックUS−270(商品名、シリコーングラフトポリマー、東亜合成社製)を2質量部加えて調製したウレタン樹脂組成物を覆層4上に塗布硬化して、層厚2μmの表層を形成して、参考例3の現像ローラを製造した。表層はSi元素を含有する材料(シリコーングラフトポリマー)を含有していた。
参考例1において、ウレタン系微粒子の含有量を24質量部(ウレタン調製成分100質量部に対して17.6質量部)に変更したこと以外は、参考例1と同様にして、現像ローラ1を製造した。
参考例1において、ウレタン系微粒子アートパールP−800Tをミクロパール(商品名、平均粒径3μm、積水化学工業製)に変更したこと以外は、参考例1と同様にして、現像ローラを製造した。
実施例3において、ウレタン系微粒子の含有量を20質量部(ウレタン調製成分100質量部に対して14.7質量部)に変更したこと以外は、実施例3と同様にして、現像ローラを製造した。
実施例2において、ウレタン系微粒子アートパールP−800TをケミスノーMZ−16H(商品名、平均粒径16μm、綜研化学)に変更したこと以外は、実施例2と同様にして、現像ローラを製造した。
製造した各現像ローラにおいて、断面の顕微鏡写真により、被覆層4の表面に存在する凸部4aは微粒子により形成され、凸部4aが散在していたこと確認した。
製造した各現像ローラにおいて、被覆層に存在する凸部数、及び、表面積比(ST/SA)を、上記方法により、それぞれ測定した。結果を表1に示す。
製造した各現像ローラにおいて、被覆層の十点平均粗さRzを、上記方法により、測定した。結果を表1に示す。
製造した各現像ローラについて、以下のようにして、印字濃度及びフィルミング量を測定した。結果を表1に示す。
用いた画像形成装置は、型番:C610dn2(沖データ社製)であった。この画像形成装置の現像ローラとして、製造した各現像ローラを現像装置内に装着した。次いで、23℃55%の条件で、ベタ画像を形成し、印字評価を確認した。6000枚印刷後のフィルミング状況と、6000枚印刷後の画像品質(ベタ印字の初期印字形成部分と終期印字形成部分との濃度段差率)を評価した。濃度測定にはX−Rite社製のX−Rite500分光濃度計を使用した。
印字濃度は、下記評価基準により、評価した。本試験において、印字濃度は、評価がAであると合格である。
A:濃度段差率が96〜100%であり、かつ印字ドットがきれいであった場合
B:濃度段差率が92〜95%であり、かつその他の不具合(印字ドットが粗い)があった場合
C:濃度段差率が91%以下であり、かつその他不具合があった場合
トナー付着(フィルミング)は、現像剤の付着量により評価した。具体的には、6000枚印字した後の現像ローラの表面に付着している現像剤を吸引後、フィルミング重量測定ジグに転写した質量を測定した。
フィルミング評価については、転写した現像剤の質量で下記基準により評価した。本試験において、フィルミング量は、評価がBであると合格である。
A:0〜0.003mg
B:0.004〜0.006mg
C:0.007mg以上
実施例2及び3の現像ローラは、いずれも、表面に不規則な凸部4aを有し、しかも、ウレタン系微粒子の平均粒径、凸部数及び十点平均粗さRzを満たしていた。これらの現像ローラは、印字濃度(現像剤搬送性)に優れるとともに、トナーフィルミング量を抑えることができ、高い耐久性を発揮する。
2 軸体
4 被覆層
4a 凸部
6 転写搬送ベルト
10 画像形成装置
11B、11C、11M、11Y 像担持体
12B、12C、12M、12Y 帯電手段
13B、13C、13M、13Y 露光手段
14B、14C、14M、14Y 転写手段
15B、15C、15M、15Y クリーニング手段
16 記録体
20 現像装置
21B、21C、21M、21Y、34 筐体
22B、22C、22M、22Y 現像剤
23B、23C、23M、23Y 現像剤担持体
24B、24C、24M、24Y 現像剤規制部材
30 定着手段
31 定着ローラ
32 加圧ローラ
33 無端ベルト支持ローラ
35 開口部
36 無端ベルト
41 カセット
42 支持ローラ
B、C、M、Y 現像ユニット
Claims (5)
- 軸体と、前記軸体の外周に成形された、中実なシリコーンゴム弾性層と、前記シリコーンゴム弾性層の外周に形成された、ウレタン樹脂からなる被覆層とを備えた現像ローラであって、
前記被覆層が、平均粒径が5〜15μmの微粒子を含有し、
前記被覆層の表面に該微粒子で形成された不規則な凸部を有し、前記表面の13125μm2の領域に存在する前記凸部の数が3個以上80個以下であり、
前記被覆層の十点平均粗さRzが5.2μm以下である現像ローラ。 - 前記被覆層の全面積SAに対する、前記凸部の表面積STの表面積比(ST/SA)が、0.05〜0.2の範囲内である請求項1に記載の現像ローラ。
- 前記被覆層が、最外層である請求項1又は2に記載の現像ローラ。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の現像ローラを備えた現像装置。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の現像ローラを備えた画像形成装置。
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