JP7382004B2 - 現像ローラ - Google Patents

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Description

本発明は、電子写真法を利用した画像形成装置に組み込んで用いる現像ローラに関するものである。
近時、現像ローラとして、ローラ本体を含み、かつ当該ローラ本体を、ともにゴム組成物の架橋物からなる、筒状の内層と、当該内層の外周面を被覆してローラ本体の外周面を構成する外層とを含む積層構造としたものが検討されている(特許文献1等参照)。
特開2016-95455号公報
本発明の目的は、積層構造を有し、なおかつ現状よりも画質に優れた画像を形成できる現像ローラを提供することにある。
本発明は、ゴムとしてエピクロルヒドリンゴム、およびジエン系ゴムを含むゴム組成物の架橋物からなる筒状の内層、および前記内層の外周を被覆する筒状の外層を含むローラ本体を含み、前記エピクロルヒドリンゴムの割合は、前記ゴムの総量100質量部中の21質量部以上であり、前記外層の外周面である前記ローラ本体の外周面の表面抵抗値R(Ω、10V印加時)は、式(1):
7.0≦logR≦8.5 (1)
を満足し、かつ前記ローラ本体の全体でのローラ抵抗値R(Ω、400V印加時)は、式(2):
6.3≦logR≦8.5 (2)
を満足していて、前記外層は、ゴムとしてエピクロルヒドリンゴム、およびジエン系ゴムを含むゴム組成物の架橋物からなる現像ローラである。
本発明によれば、積層構造を有し、なおかつ現状よりも画質に優れた画像を形成できる現像ローラを提供することができる。
図(a)は、本発明の現像ローラの一例の、全体の外観を示す斜視図、図(b)は、上記例の現像ローラの端面図である。 ローラ本体のローラ抵抗値を測定する方法を説明する図である。 ローラ本体の外周面における、水の接触角を測定する方法を説明する図である。
現像ローラを組み込む画像形成装置としては、たとえば、レーザープリンタ、静電式複写機、普通紙ファクシミリ装置、あるいはこれらの複合機等が挙げられる。
レーザープリンタ等の画像形成装置の画像評価基準の一つとして、形成画像の黒ベタ濃度と2dot濃度が知られている。
黒ベタ濃度とは、紙面の少なくとも一部が黒一色で塗りつぶされた、いわゆる黒ベタの画像の濃度であり、黒ベタ濃度が高いほど、コントラストの高い画像を形成することができる。
2dot濃度とは、孤立2dotと呼ばれる、格子長約80μmの正方格子上に円が並んだ画像の濃度であり、2dot濃度が高いほど、細線の再現性や階調性を向上して、精細な画像を形成することができる。
ところが、この2つの画像濃度は相反関係にあり、両立が困難である。
すなわち黒ベタ濃度は、現像ローラのローラ抵抗値を低くするほど高くなるが、2dot濃度は、現像ローラのローラ抵抗値が高いほど高くなる傾向があり、従来の単層構造の現像ローラでは、この2つの相反する特性を両立することは困難である。
現像ローラのローラ本体を、前述したように、ともにゴム組成物の架橋物からなる内層と外層の2層を含む構造とし、なおかつ両層の抵抗値を調整して、上述した2つの相反する特性を両立させることが考えられる。
すなわち黒ベタ濃度は、ローラ本体の表面付近の抵抗値と関係しており、表面付近の抵抗値を低くすれば、黒ベタ濃度を向上することができる。
一方、2dot濃度にはローラ本体の全体でのローラ抵抗値が関わっており、全体のローラ抵抗値を高くするほど、2dot濃度を高くすることができる。
そのため、
・ 上記のようにローラ本体を、ともにゴム組成物の架橋物からなる内層と外層の2層を含む構造とし、
・ このうち外層は、ローラ本体の表面付近の抵抗値を、黒ベタ濃度を向上しうる範囲に調整するために低抵抗の状態とし、なおかつ
・ その下の内層は、外層と合わせたローラ本体の全体でのローラ抵抗値を、2dot濃度を向上しうる範囲に調整するために高抵抗の状態とすれば、
黒ベタ濃度と2dot濃度を両立させることができる。
しかし、発明者の検討によると、特許文献1等に記載の従来の、積層構造を有するローラ本体を備えた現像ローラでは、表面付近の抵抗値とローラ抵抗値の範囲の設定や、あるいは両層を形成するゴム組成物の組成などが未だ適切でない。
そのため、画像形成の初期において、黒ベタ濃度(初期黒ベタ濃度)や2dot濃度(初期2dot濃度)が不足したり、画像形成を繰り返した際に2dot濃度が大きく低下したりする場合がある。
また画像形成を繰り返すと、形成される画像に、用紙の通紙方向と直交する横方向に隣接する画像の濃度に依存した濃度のムラを生じたりする場合もある。
また画像形成を繰り返すと、とくに用紙の、画像形成が可能な領域の全面に黒ベタの画像(全面黒ベタ画像)を形成した際に掠れを生じやすくなって、濃度の均一なきれいな全面黒ベタ画像を形成できなくなる場合もある。
そこで発明者は、とくにローラ本体の表面付近の抵抗値を規定する、当該ローラ本体の外周面の表面抵抗値、およびローラ本体のローラ抵抗値の最適範囲、ならびに、内層を形成するゴム組成物の組成について、さらに検討した。
その結果、前述したように、
・ 内層を、エピクロルヒドリンゴム、およびジエン系ゴムを含むゴム組成物の架橋物によって形成するとともに、エピクロルヒドリンゴムの割合を、ゴムの総量100質量部中の21質量部以上とし、
・ ローラ本体の外周面の表面抵抗値R(Ω、10V印加時)を、式(1):
7.0≦logR≦8.5 (1)
を満足する範囲に設定し、なおかつ
・ ローラ本体の全体でのローラ抵抗値R(Ω、400V印加時)を、式(2):
6.3≦logR≦8.5 (2)
を満足する範囲に設定すればよいことを見出した。
すなわち、本発明の現像ローラは、ゴムとしてエピクロルヒドリンゴム、およびジエン系ゴムを含むゴム組成物の架橋物からなる筒状の内層、および当該内層の外周を被覆する筒状の外層を含むローラ本体を含み、上記エピクロルヒドリンゴムの割合は、ゴムの総量100質量部中の21質量部以上であり、外層の外周面であるローラ本体の外周面の表面抵抗値R(Ω、10V印加時)は上記式(1)を満足し、かつローラ本体の全体でのローラ抵抗値R(Ω、400V印加時)は上記式(2)を満足していることを特徴とするものである。
本発明の現像ローラによれば、上記の構成とすることにより、黒ベタ濃度と2dot濃度の両方を同時に向上して、コントラストと、細線の再現性や階調性とに優れた画像を形成することができる。
また画像に、横方向に隣接する画像の濃度に依存した濃度のムラが生じるのを抑制したり、画像形成を繰り返した際の2dot濃度の低下、すなわち耐久2dot濃度の低下を抑制したりすることもできる。
さらに、画像形成を繰り返した際に全面黒ベタ画像に掠れが生じるのを抑制して、当該全面黒ベタ画像を、濃度の均一なきれいな状態とすることもできる。
掠れの発生の有無は、全面黒ベタ画像のうち最も濃度が低い部分の濃度、すなわち全面黒ベタ濃度でもって評価することができる。
これらのことは、後述する実施例、比較例、従来例の結果からも明らかである。
図1(a)は、本発明の現像ローラの一例の、全体の外観を示す斜視図、図1(b)は、上記例の現像ローラの端面図である。
図1(a)(b)を参照して、この例の現像ローラ1は、弾性材料からなる筒状の内層2の外周面3に、直接に、弾性材料からなる外層4が積層された、2層構造のローラ本体5を備えている。
内層2の中心の通孔6には、シャフト7が挿通されて固定されている。
シャフト7は、良導電性の材料、たとえば、鉄、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼等の金属などによって一体に形成されている。
シャフト7は、たとえば、導電性を有する接着剤を介してローラ本体5と電気的に接合され、かつ機械的に固定されるか、あるいは通孔6の内径よりも外径の大きいものを通孔6に圧入することで、ローラ本体5と電気的に接合され、かつ機械的に固定される。
また、この両法を併用して、シャフト7を、ローラ本体5と電気的に接合し、かつ機械的に固定してもよい。
外層4の表面、すなわちローラ本体5の外周面8は、両図中に拡大して示すように、酸化膜9によって被覆されている。
外周面8を酸化膜9によって被覆することで、当該酸化膜9を誘電層として機能させて、現像ローラ1の誘電正接tanδを低減することができ、また酸化膜9を低摩擦層として機能させて、トナーの付着を良好に抑制することもできる。
しかも酸化膜9は、たとえば、外周面8に紫外線を照射する等して、当該外周面8の近傍のゴムを酸化させるだけで簡単に形成できるため、現像ローラ1の生産性が低下したり、製造コストが高くついたりするのを抑制することもできる。
ただし、酸化膜9は省略してもよい。
内層2、外層4は、それぞれの構造を簡略化し、かつ耐久性等を向上するため、いずれも非多孔質の単層に形成するのが好ましい。
なお内層2、外層4の「単層」とは、弾性材料からなる層の数が、いずれも単層であることを指す。
またローラ本体5の「2層」も、内層2と外層4の、ともに弾性材料からなる層の数が2層であることを指し、いずれの場合も、紫外線の照射等によって形成される酸化膜9は層数に含まないこととする。
本発明において、ローラ本体5の外周面8の表面抵抗値R(Ω、10V印加時)、ならびにローラ本体5の全体でのローラ抵抗値R(Ω、400V印加時)が、それぞれ前述した式(1)(2)を満足する範囲に限定されるのは、下記の理由による。
すなわち、ローラ本体5の外周面8の表面抵抗値R(Ω、10V印加時)が、常用対数値logRで表して7.0未満では、ローラ本体5の表面付近の抵抗値が低くなりすぎて、たとえば、画像に、過電流による画像不良等を生じる場合がある。
一方、ローラ本体5の外周面8の表面抵抗値R(Ω、10V印加時)が、常用対数値logRで表して8.5を超える場合には、ローラ本体5の表面付近の抵抗値を、黒ベタ濃度を向上できる範囲まで十分に低下させることができない。
そのため、初期黒ベタ濃度が不足して画像のコントラストが低下したり、とくに全面黒ベタ画像に掠れを生じて、全面黒ベタ濃度が低下したりする場合がある。
また、ローラ本体5の全体でのローラ抵抗値R(Ω、400V印加時)が、常用対数値logRで表して6.3未満では、初期2dot濃度が不足したり、耐久2dot濃度が大きく低下したりし、細線の再現性や階調性が低下して、画像の精細性が低下する場合がある。
一方、ローラ本体5の全体でのローラ抵抗値R(Ω、400V印加時)が、常用対数値logRで表して8.5を超える場合には、画像に、用紙の通紙方向と直交する横方向に隣接する画像の濃度に依存した濃度のムラを生じる場合がある。
また、内層2を形成するゴム組成物中のエピクロルヒドリンゴムの割合が、ゴムの総量100質量部中の21質量部以上に限定されるのは、下記の理由による。
すなわち、エピクロルヒドリンゴムの割合が21質量部未満では、ローラ本体5の全体でのローラ抵抗値R(Ω、400V印加時)に拘らず、初期2dot濃度が不足したり、耐久2dot濃度が大きく低下したりする場合がある。
これに対し、表面抵抗値R(Ω、10V印加時)を式(1)を満足する範囲、ローラ抵抗値R(Ω、400V印加時)を式(2)を満足する範囲とし、かつ内層2を形成するゴム組成物中のエピクロルヒドリンゴムの割合を上記の範囲とすることにより、上述した様々な不良が生じるのを抑制することができる。
そして、現状よりも画質に優れた画像を、長期間に亘って形成できる現像ローラを提供することが可能となる。
また本発明の現像ローラ1は、ローラ本体5の外周面8を構成する外層4を形成するゴム組成物の組成等にもよるが、当該外周面8における水の接触角θ(°)が50°以上であるのが好ましい。
ローラ本体5の外周面8の、水の接触角θ(°)を上記の範囲とすると、当該外周面8は撥水性を呈するため、トナーの離型性を向上できる。
そのため、初期黒ベタ濃度をさらに向上できる上、全面黒ベタ画像に掠れが生じて全面黒ベタ濃度が低下するのを、より一層有効に抑制することもできる。
なお、かかる効果をより一層向上することを考慮すると、水の接触角θ(°)は、上記の範囲でも60°以上であるのがさらに好ましい。
ローラ本体5の外周面8の、水の接触角θ(°)を上記の範囲に調整するためには、たとえば、外周面8を被覆する酸化膜9を形成するために当該外周面8に照射する紫外線の積算光量(mJ/cm)を調整すればよい。
具体的には、積算光量(mJ/cm)を小さくするほど、水の接触角θ(°)を大きくすることができる。
積算光量(mJ/cm)とは、ローラ本体5の外周面8に照射する紫外線の、単位面積当たりの照射強度(mW/cm)と照射時間(秒)との積で求められる、外周面8に照射される紫外線の総光量である。
なお、水の接触角θ(°)の上限はとくに限定されず、紫外線を照射せず、したがって酸化膜9によって被覆されていない外周面8における水の接触角θ(°)まで含むこととする。
〈紫外線の積算光量の測定〉
積算光量(mJ/cm)は、積算光量測定機を用いて測定する。
具体的には、たとえば、実際にローラ本体5の外周面8に紫外線を照射する装置(UV処理装置)の、ローラ本体5をセットする位置に、積算光量測定機をセットする。
次いでUV処理装置を、ローラ本体5の外周面8に紫外線を照射する際と同様に作動させ、積算光量測定機の受光部に紫外線を照射して、当該積算光量測定機によって測定される積算光量(mJ/cm)が目的とする値に達するのに要したUV処理装置の動作条件を求める。
動作条件としては、たとえば、照射する紫外線の波長、照射強度、照射時間の他、ローラ本体5を回転させながら外周面8に紫外線を照射するUV処理装置の場合は、当該ローラ本体5の回転速度等が挙げられる。
そして、同じUV処理装置にローラ本体5をセットして、先の測定によって求めた動作条件で作動させると、セットしたローラ本体5の外周面8に、同じ積算光量(mJ/cm)で紫外線を照射することができる。
《内層2用のゴム組成物》
内層2は、前述したように、ゴムとしてエピクロルヒドリンゴム、およびジエン系ゴムを含み、イオン導電性が付与されたゴム組成物の架橋物によって形成される。
〈エピクロルヒドリンゴム〉
エピクロルヒドリンゴムとしては、たとえば、エピクロルヒドリン単独重合体、エピクロルヒドリン-エチレンオキサイド二元共重合体(ECO)、エピクロルヒドリン-プロピレンオキサイド二元共重合体、エピクロルヒドリン-アリルグリシジルエーテル二元共重合体、エピクロルヒドリン-エチレンオキサイド-アリルグリシジルエーテル三元共重合体(GECO)、エピクロルヒドリン-プロピレンオキサイド-アリルグリシジルエーテル三元共重合体、エピクロルヒドリン-エチレンオキサイド-プロピレンオキサイド-アリルグリシジルエーテル四元共重合体等が挙げられる。
中でも、エチレンオキサイドを含む共重合体、とくにECOおよび/またはGECOが好ましい。
ECOおよび/またはGECOにおけるエチレンオキサイド含量は、いずれも30モル%以上、とくに50モル%以上であるのが好ましく、80モル%以下であるのが好ましい。
エチレンオキサイドは、内層2の抵抗値、ひいてはローラ本体5の全体でのローラ抵抗値R(Ω、400V印加時)を下げる働きをする。
しかし、エチレンオキサイド含量が上記の範囲未満では、かかる働きが十分に得られないため、ローラ本体5の全体でのローラ抵抗値R(Ω、400V印加時)を十分に低下できない場合がある。
一方、エチレンオキサイド含量が上記の範囲を超える場合には、エチレンオキサイドの結晶化が起こり、分子鎖のセグメント運動が妨げられるため、却って、ローラ本体5の全体でのローラ抵抗値R(Ω、400V印加時)が上昇する傾向がある。
また、架橋後の内層2が硬くなりすぎたり、架橋前のゴム組成物の、加熱溶融時の粘度が上昇して、当該ゴム組成物の加工性が低下したりする場合もある。
ECOにおけるエピクロルヒドリン含量は、エチレンオキサイド含量の残量である。
すなわち、エピクロルヒドリン含量は20モル%以上であるのが好ましく、70モル%以下、とくに50モル%以下であるのが好ましい。
また、GECOにおけるアリルグリシジルエーテル含量は0.5モル%以上、とくに2モル%以上であるのが好ましく、10モル%以下、とくに5モル%以下であるのが好ましい。
アリルグリシジルエーテルは、それ自体が側鎖として、自由体積を確保するために機能することにより、エチレンオキサイドの結晶化を抑制して、ローラ本体5の全体でのローラ抵抗値R(Ω、400V印加時)を低下させる働きをする。
しかし、アリルグリシジルエーテル含量が上記の範囲未満では、かかる働きが十分に得られないため、ローラ本体5の全体でのローラ抵抗値R(Ω、400V印加時)を十分に低下できない場合がある。
一方、アリルグリシジルエーテルは、GECOの架橋時に架橋点として機能する。
そのため、アリルグリシジルエーテル含量が上記の範囲を超える場合には、GECOの架橋密度が高くなりすぎることによって分子鎖のセグメント運動が妨げられて、却って、ローラ本体5の全体でのローラ抵抗値R(Ω、400V印加時)が上昇する傾向がある。
GECOにおけるエピクロルヒドリン含量は、エチレンオキサイド含量、およびアリルグリシジルエーテル含量の残量である。
すなわち、エピクロルヒドリン含量は10モル%以上、とくに19.5モル%以上であるのが好ましく、69.5モル%以下、とくに60モル%以下であるのが好ましい。
なおGECOとしては、先に説明した3種の単量体を共重合させた、狭義の意味での共重合体の他に、エピクロルヒドリン-エチレンオキサイド共重合体(ECO)をアリルグリシジルエーテルで変性した変性物も知られている。
本発明では、このいずれのGECOを用いることもできる。
エピクロルヒドリンゴムとしては、とくにGECOが好ましい。
GECOは、アリルグリシジルエーテルに起因して、主鎖中に、架橋点として機能する二重結合を有するため、主鎖間での架橋によって、架橋後の圧縮永久ひずみを小さくすることができる。
そのため内層2を、圧縮永久ひずみが小さく、ヘタリを生じにくいものとすることができる。
これらエピクロルヒドリンゴムの1種または2種以上を用いることができる。
〈ジエン系ゴム〉
ジエン系ゴムは、ゴム組成物に良好な加工性を付与したり、内層2の機械的強度や耐久性等を向上したり、あるいは内層2にゴムとしての良好な特性、すなわち柔軟で、しかも圧縮永久ひずみが小さくヘタリを生じにくい特性を付与したりするために機能する。
ジエン系ゴムとしては、たとえば、天然ゴム、イソプレンゴム(IR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、クロロプレンゴム(CR)等が挙げられる。
中でも、ジエン系ゴムとしては非極性のジエン系ゴム、具体的にはIR、BR、およびSBRの3種のうちの少なくとも1種、とくにIRとBRの2種、またはIRとSBRの2種を併用するのが好ましい。
また上記併用系に、さらにCRおよび/またはNBRを併用してもよい。
(IR)
IRとしては、天然ゴムの構造を人工的に再現した、ポリイソプレン構造を有する種々のIRがいずれも使用可能である。
またIRとしては、伸展油を加えて柔軟性を調整した油展タイプのものと、加えない非油展タイプのものとがあるが、本発明では、感光体の汚染を防止するために、ブリード物質となりうる伸展油を含まない非油展タイプのIRを用いるのが好ましい。
これらIRの1種または2種以上を用いることができる。
(BR)
BRとしては、分子中にポリブタジエン構造を備え、架橋性を有する種々のBRがいずれも使用可能である。
とくに、低温から高温までの広い温度範囲でゴムとしての良好な特性を発現しうる、シス-1,4結合の含量が95%以上の高シスBRが好ましい。
またBRとしては、伸展油を加えて柔軟性を調整した油展タイプのものと、加えない非油展タイプのものとがあるが、本発明では、やはり感光体の汚染を防止するために、ブリード物質となりうる伸展油を含まない非油展タイプのBRを用いるのが好ましい。
これらBRの1種または2種以上を用いることができる。
(SBR)
SBRとしては、スチレンと1,3-ブタジエンとを、乳化重合法、溶液重合法等の種々の重合法によって共重合させて合成される種々のSBRが、いずれも使用可能である。
またSBRとしては、スチレン含量によって分類される高スチレンタイプ、中スチレンタイプ、および低スチレンタイプのSBRがあるが、このいずれも使用可能である。
さらにSBRとしては、伸展油を加えて柔軟性を調整した油展タイプのものと、加えない非油展タイプのものとがあるが、本発明では、やはり感光体等の汚染を防止するために、ブリード物質となりうる伸展油を含まない非油展タイプのSBRを用いるのが好ましい。
これらSBRの1種または2種以上を用いることができる。
(CR)
CRは極性を有するジエン系ゴムであって、ローラ本体5の全体でのローラ抵抗値R(Ω、400V印加時)を微調整するために機能する。
CRは、クロロプレンを乳化重合させて合成されるもので、その際に用いる分子量調整剤の種類によって、硫黄変性タイプと非硫黄変性タイプとに分類される。
このうち硫黄変性タイプのCRは、クロロプレンと、分子量調整剤としての硫黄とを共重合させたポリマを、チウラムジスルフィド等で可塑化して所定の粘度に調整することで合成される。
また非硫黄変性タイプのCRは、たとえば、メルカプタン変性タイプ、キサントゲン変性タイプ等に分類される。
このうち、メルカプタン変性タイプのCRは、n-ドデシルメルカプタン、teRt-ドデシルメルカプタン、オクチルメルカプタン等のアルキルメルカプタン類を分子量調整剤として使用すること以外は、硫黄変性タイプのCRと同様にして合成される。
また、キサントゲン変性タイプのCRは、アルキルキサントゲン化合物を分子量調整剤として使用すること以外は、やはり硫黄変性タイプのCRと同様にして合成される。
またCRは、その結晶化速度に基づいて、結晶化速度が遅いタイプ、中庸であるタイプ、および速いタイプに分類される。
本発明においては、いずれのタイプのCRを用いてもよいが、中でも非硫黄変性タイプで、かつ結晶化速度が遅いタイプのCRが好ましい。
また、CRとしては、クロロプレンと他の共重合成分との共重合体を用いてもよい。他の共重合成分としては、たとえば、2,3-ジクロロ-1,3-ブタジエン、1-クロロ-1,3-ブタジエン、スチレン、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、イソプレン、ブタジエン、アクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸、およびメタクリル酸エステル等の1種または2種以上が挙げられる。
さらに、CRとしては、伸展油を加えて柔軟性を調整した油展タイプのものと、加えない非油展タイプのものとがあるが、本発明では、やはり感光体の汚染を防止するために、ブリード物質となりうる伸展油を含まない非油展タイプのCRを用いるのが好ましい。
これらCRの1種または2種以上を用いることができる。
(NBR)
NBRも、やはり極性を有するジエン系ゴムであって、ローラ本体5の全体でのローラ抵抗値R(Ω、400V印加時)を微調整するために機能する。
NBRとしては、アクリロニトリル含量が24%以下である低ニトリルNBR、25~30%である中ニトリルNBR、31~35%である中高ニトリルNBR、36~42%である高ニトリルNBR、43%以上である極高ニトリルNBRが、いずれも使用可能である。
またNBRとしては、伸展油を加えて柔軟性を調整した油展タイプのものと、加えない非油展タイプのものとがあるが、本発明では、やはり感光体等の汚染を防止するために、ブリード物質となりうる伸展油を含まない非油展タイプのNBRを用いるのが好ましい。
これらNBRの1種または2種以上を用いることができる。
〈ゴムの割合〉
ゴムの割合は、内層2に求められる各種の特性、とくに内層2の抵抗値、そしてローラ本体5の全体でのローラ抵抗値R(Ω、400V印加時)や、内層2の柔軟性等に応じて任意に設定できる。
ただしエピクロルヒドリンゴムの割合は、ゴムの総量100質量部中の21質量部以上である必要がある。
この理由は、先に説明したとおりである。
なおエピクロルヒドリンゴムの割合は、上記の範囲でも、ゴムの総量100質量部中の30質量部以下であるのが好ましい。
エピクロルヒドリンゴムの割合がこの範囲を超える場合には、ゴム組成物の組成等にもよるが、ローラ本体5の全体でのローラ抵抗値R(Ω、400V印加時)が式(2)の範囲未満となって、初期2dot濃度が不足したり、耐久2dot濃度が大きく低下したりする場合がある。
これに対し、エピクロルヒドリンゴムの割合を、ゴムの総量100質量部中の30質量部以下とすることにより、これらの特性が低下するのを抑制することができる。
CRおよび/またはNBRの割合は、ゴムの総量100質量部中の1質量部以上であるのが好ましく、15質量部以下であるのが好ましい。
CRおよび/またはNBRの割合がこの範囲未満では、これらのゴムを配合することによる前述した効果、すなわちローラ本体5の全体でのローラ抵抗値R(Ω、400V印加時)を微調整する効果が十分に得られない場合がある。
一方、これらのゴムの割合が上記の範囲を超える場合には、相対的にエピクロルヒドリンゴムが少なくなって、ローラ本体5の全体でのローラ抵抗値R(Ω、400V印加時)を、前述した式(2)を満足する範囲まで十分に低下させることができない場合がある。
CRおよび/またはNBR以外の、非極性のジエン系ゴムの割合は、エピクロルヒドリンゴム、もしくはエピクロルヒドリンゴムとCRおよび/またはNBRの残量である。
すなわちエピクロルヒドリンゴム、またはエピクロルヒドリンゴムとCRおよび/またはNBRの割合をそれぞれ前述した範囲内の所定値に設定した際にゴムの総量が100質量部となるように、非極性のジエン系ゴムの割合を設定すればよい。
〈架橋成分〉
内層2用のゴム組成物には、ゴムを架橋させるための架橋成分を配合する。
架橋成分としては、ゴムを架橋させるための架橋剤と、当該架橋剤によるゴムの架橋を促進するための架橋促進剤とを併用するのが好ましい。
このうち架橋剤としては、たとえば硫黄系架橋剤、チオウレア系架橋剤、トリアジン誘導体系架橋剤、過酸化物系架橋剤、各種モノマー等が挙げられ、とくに硫黄系架橋剤が好ましい。
(硫黄系架橋剤)
硫黄系架橋剤としては、たとえば、粉末硫黄、オイル処理粉末硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、分散性硫黄等の硫黄や、あるいはテトラメチルチウラムジスルフィド、N,N-ジチオビスモルホリン等の有機含硫黄化合物などが挙げられ、とくに硫黄が好ましい。
硫黄の割合は、ローラ本体にゴムとしての良好な特性を付与すること等を考慮すると、ゴムの総量100質量部あたり0.5質量部以上であるのが好ましく、2質量部以下であるのが好ましい。
なお、硫黄としてオイル処理粉末硫黄、分散性硫黄等を使用する場合、上記の割合は、それぞれの中に含まれる有効成分としての硫黄自体の割合とする。
また、架橋剤として有機含硫黄化合物を使用する場合、その割合は、分子中に含まれる硫黄の、ゴムの総量100質量部あたりの割合が上記の範囲となるように調整するのが好ましい。
(架橋促進剤)
ゴムの架橋を促進するための架橋促進剤としては、たとえば、チウラム系促進剤、チアゾール系促進剤、チオウレア系促進剤、グアニジン系促進剤、スルフェンアミド系促進剤、ジチオカルバミン酸塩系促進剤等の1種または2種以上が挙げられる。
このうちチウラム系促進剤、チアゾール系促進剤、チオウレア系促進剤、およびグアニジン系促進剤を併用するのが好ましい。
チウラム系促進剤としては、たとえば、テトラメチルチウラムモノスルフィド、テトラメチルチウラムジスルフィド、テトラエチルチウラムジスルフィド、テトラブチルチウラムジスルフィド、ジペンタメチレンチウラムテトラスルフィド等の1種または2種以上が挙げられ、とくにテトラメチルチウラムモノスルフィドが好ましい。
チアゾール系促進剤としては、たとえば、2-メルカプトベンゾチアゾール、ジ-2-ベンゾチアゾリルジスルフィド、2-メルカプトベンゾチアゾールの亜鉛塩、2-メルカプトベンゾチアゾールのシクロヘキシルアミン塩、2-(4′-モルホリノジチオ)ベンゾチアゾール等の1種または2種以上が挙げられ、とくにジ-2-ベンゾチアゾリルジスルフィドが好ましい。
チオウレア系促進剤としては、分子中にチオウレア構造を有する種々のチオウレア化合物が使用可能である。
チオウレア系促進剤としては、たとえば、エチレンチオウレア、N,N′-ジフェニルチオウレア、トリメチルチオウレア、式(5):
(C2n+1NH)C=S (5)
〔式中、nは1~12の整数を示す。〕で表されるチオウレア、テトラメチルチオウレア等の1種または2種以上が挙げられ、とくにエチレンチオウレアが好ましい。
グアニジン系促進剤としては、たとえば、1,3-ジフェニルグアニジン、1,3-ジ-o-トリルグアニジン、1-o-トリルビグアニド等の1種または2種以上が挙げられ、とくに1,3-ジ-o-トリルグアニジンが好ましい。
上記4種の併用系において、ゴムの架橋を促進する効果を十分に発現させること等を考慮すると、チウラム系促進剤の割合は、ゴムの総量100質量部あたり0.3質量部以上であるのが好ましく、1質量部以下であるのが好ましい。
また、チアゾール系促進剤の割合は、ゴムの総量100質量部あたり0.3質量部以上であるのが好ましく、2質量部以下であるのが好ましい。
チオウレア系促進剤の割合は、ゴムの総量100質量部あたり0.3質量部以上であるのが好ましく、1質量部以下であるのが好ましい。
さらに、グアニジン系促進剤の割合は、ゴムの総量100質量部あたり0.2質量部以上であるのが好ましく、1質量部以下であるのが好ましい。
なおチオウレア系促進剤は、硫黄架橋性を有しないECOの架橋剤、グアニジン系促進剤は、チオウレア系促進剤によるECOの架橋の促進剤としても機能する。
〈イオン導電剤〉
内層2用のゴム組成物には、さらにイオン導電剤を配合してもよい。
イオン導電剤としては、分子中にフルオロ基およびスルホニル基を有する陰イオンと、陽イオンとの塩(イオン塩)が好ましい。
イオン導電剤を配合することにより、ゴム組成物のイオン導電性をさらに向上して、ローラ本体5の全体でのローラ抵抗値R(Ω、400V印加時)を、より一層低下させることができる。
イオン塩を構成する、分子中にフルオロ基およびスルホニル基を有する陰イオンとしては、たとえば、フルオロアルキルスルホン酸イオン、ビス(フルオロアルキルスルホニル)イミドイオン、トリス(フルオロアルキルスルホニル)メチドイオン等の1種または2種以上が挙げられる。
このうちフルオロアルキルスルホン酸イオンとしては、たとえば、CFSO 、CSO 等の1種または2種以上が挙げられる。
またビス(フルオロアルキルスルホニル)イミドイオンとしては、たとえば、(CFSO)、(CSO)、(CSO)(CFSO)N、(FSO)(CFSO)N、(C17SO)(CFSO)N、(CFCHOSO)、(CFCFCHOSO)、(HCFCFCHOSO)、[(CF)CHOSO]等の1種または2種以上が挙げられる。
さらにトリス(フルオロアルキルスルホニル)メチドイオンとしては、たとえば、(CFSO)、(CFCHOSO)等の1種または2種以上が挙げられる。
また陽イオンとしては、たとえば、ナトリウム、リチウム、カリウム等のアルカリ金属のイオン、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等の第2族元素のイオン、遷移元素のイオン、両性元素の陽イオン、第4級アンモニウムイオン、イミダゾリウム陽イオン等の1種または2種以上が挙げられる。
イオン塩としては、とくに陽イオンとしてリチウムイオンを用いたリチウム塩、またはカリウムイオンを用いたカリウム塩が好ましい。
中でも、ゴム組成物のイオン導電性を向上してローラ本体5の全体でのローラ抵抗値R(Ω、400V印加時)を低下させる効果の点で、(CFSO)NLi〔リチウム・ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドLi-TFSI〕、および/または(CFSO)NK〔カリウム・ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、K-TFSI〕が好ましい。
イオン塩等のイオン導電剤の割合は、ゴムの総量100質量部あたり0.1質量部以上であるのが好ましく、2質量部以下であるのが好ましい。
〈カーボンブラック〉
内層2用のゴム組成物には、さらに充填剤としてカーボンブラックを配合してもよい。
カーボンブラックを配合することにより、現像ローラの機械的強度等を向上できる。
カーボンブラックとしては、たとえば、SAF、ISAF、HAF、FEF等が挙げられる。
またカーボンブラックとして導電性カーボンブラックを用いると、内層2に電子導電性を付与できる。
導電性カーボンブラックとしては、たとえば、アセチレンブラック等が挙げられる。
カーボンブラックの割合は、ゴムの総量100質量部あたり3質量部以上であるのが好ましく、10質量部以下であるのが好ましい。
〈その他〉
内層2用のゴム組成物には、さらに必要に応じて、各種の添加剤を配合してもよい。
添加剤としては、たとえば、架橋促進助剤、受酸剤、可塑剤、加工助剤等が挙げられる。
このうち架橋促進助剤としては、たとえば、酸化亜鉛等の金属化合物;ステアリン酸、オレイン酸、綿実脂肪酸等の脂肪酸その他、従来公知の架橋促進助剤の1種または2種以上が挙げられる。
架橋促進助剤の割合は、個別に、ゴムの総量100質量部あたり0.1質量部以上であるのが好ましく、7質量部以下であるのが好ましい。
受酸剤は、架橋時にエピクロルヒドリンゴムやCRから発生する塩素系ガスの、内層2内への残留と、それによる架橋阻害や感光体の汚染等を防止するために機能する。
受酸剤としては、酸受容体として作用する種々の物質を用いることができるが、中でも分散性に優れたハイドロタルサイト類またはマグサラットが好ましく、とくにハイドロタルサイト類が好ましい。
また、ハイドロタルサイト類等を酸化マグネシウムや酸化カリウムと併用すると、より高い受酸効果を得ることができ、感光体の汚染をより一層確実に防止できる。
受酸剤の割合は、ゴムの総量100質量部あたり0.1質量部以上であるのが好ましく、7質量部以下であるのが好ましい。
可塑剤としては、たとえば、ジブチルフタレート、ジオクチルフタレート、トリクレジルホスフェート等の各種可塑剤や、極性ワックス等の各種ワックス等が挙げられ、加工助剤としては、たとえば、ステアリン酸亜鉛等の脂肪酸金属塩などが挙げられる。
可塑剤および/または加工助剤の割合は、ゴムの総量100質量部あたり3質量部以下であるのが好ましい。
また添加剤としては、さらにカーボンブラック以外の他の充填剤、劣化防止剤、スコーチ防止剤、滑剤、顔料、帯電防止剤、難燃剤、中和剤、造核剤、共架橋剤等の各種添加剤を、任意の割合で配合してもよい。
カーボンブラック以外の他の充填剤としては、たとえば、酸化亜鉛、シリカ、タルク、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化アルミニウム等の1種または2種以上が挙げられる。
〈ゴム組成物の調製〉
以上で説明した各成分を含む、内層2用のゴム組成物は、従来同様に調製することができる。
まずゴムを素練りし、次いで、架橋成分以外の各成分を加えて混練した後、最後に架橋成分を加えて混練することで、内層2用のゴム組成物が得られる。
混練には、たとえば、ニーダ、バンバリミキサ、押出機等を用いることができる。
《外層4用のゴム組成物》
外層4は、ローラ本体5の外周面8の表面抵抗値R(Ω、10V印加時)を前述した範囲に調整できる、種々の弾性材料によって形成することができる。
とくに外層4は、エピクロルヒドリンゴム、およびジエン系ゴムを含むゴム組成物の架橋物によって形成するのが好ましい。
〈エピクロルヒドリンゴム〉
エピクロルヒドリンゴムとしては、内層2で使用するのと同様のエピクロルヒドリンゴムの1種または2種以上を用いることができる。
中でもECOおよび/またはGECOが好ましく、とくにGECOが好ましい。
その理由は、内層2の場合と同様である。
すなわち、エピクロルヒドリンゴムとしてGECOを用いることで、外層4を、圧縮永久ひずみが小さく、ヘタリを生じにくいものとすることができる。
〈ジエン系ゴム〉
ジエン系ゴムは、ゴム組成物に良好な加工性を付与したり、外層4の機械的強度や耐久性等を向上したり、あるいは外層4にゴムとしての良好な特性を付与したりするために機能する。
またジエン系ゴムは、紫外線照射によって酸化されて、外層4の表面、すなわちローラ本体5の外周面8に酸化膜9を形成する材料ともなる。
ジエン系ゴムとしては、内層2で使用するのと同様のジエン系ゴムの1種または2種以上を用いることができる。
すなわちジエン系ゴムとしては、たとえば、天然ゴム、IR、NBR、SBR、BR、CR等が挙げられる。
中でも、ジエン系ゴムとしては非極性のジエン系ゴム、具体的にはIR、BR、およびSBRの3種のうちの少なくとも1種、とくにSBRを用いるのが好ましい。
また、ローラ本体5の外周面8の表面抵抗値R(Ω、10V印加時)を微調整するため、非極性のジエン系ゴムとともに、さらにCRおよび/またはNBRを併用してもよい。
これらのジエン系ゴムの具体例は、前述したとおりである。
(ゴムの割合)
ゴムの割合は、外層4に求められる各種の特性、とくにローラ本体5の外周面8の表面抵抗値R(Ω、10V印加時)や、外層4の柔軟性等に応じて任意に設定できる。
ただしエピクロルヒドリンゴムの割合は、ゴムの総量100質量部中の20質量部以上、中でも25質量部以上であるのが好ましく、50質量部以下であるのが好ましい。
エピクロルヒドリンゴムの割合がこの範囲未満では、ゴム組成物の組成等にもよるが、ローラ本体5の外周面8の表面抵抗値R(Ω、10V印加時)が前述した式(1)の範囲を超える場合がある。
そして、初期黒ベタ濃度が不足して画像のコントラストが低下したり、全面黒ベタ画像に掠れが生じて全面黒ベタ濃度が低下したりする場合がある。
一方、エピクロルヒドリンゴムの割合が上記の範囲を超える場合には、ローラ本体5の外周面8の表面抵抗値R(Ω、10V印加時)が前述した式(1)の範囲未満となり、ローラ本体5の表面付近の抵抗値が低くなりすぎて、画像に、過電流による画像不良等を生じる場合がある。
これに対し、エピクロルヒドリンゴムの割合を上記の範囲とすることにより、ローラ本体5の外周面8の表面抵抗値R(Ω、10V印加時)を式(1)の範囲として、これらの特性が低下するのを抑制することができる。
CRおよび/またはNBRの割合は、ゴムの総量100質量部中の1質量部以上、とくに2.5質量部以上であるのが好ましく、10質量部以下であるのが好ましい。
CRおよび/またはNBRの割合がこの範囲未満では、これらのゴムを配合することによる前述した効果、すなわち、ローラ本体5の外周面8の表面抵抗値R(Ω、10V印加時)を微調整する効果が十分に得られない場合がある。
一方、これらのゴムの割合が上記の範囲を超える場合には、相対的にエピクロルヒドリンゴムが少なくなって、ローラ本体5の外周面8の表面抵抗値R(Ω、10V印加時)を、前述した式(1)を満足する範囲まで十分に低下させることができない場合がある。
CRおよび/またはNBR以外の、非極性のジエン系ゴムの割合は、エピクロルヒドリンゴム、もしくはエピクロルヒドリンゴムとCRおよび/またはNBRの残量である。
すなわちエピクロルヒドリンゴム、またはエピクロルヒドリンゴムとCRおよび/またはNBRの割合をそれぞれ前述した範囲内の所定値に設定した際にゴムの総量が100質量部となるように、非極性のジエン系ゴムの割合を設定すればよい。
〈架橋成分〉
架橋成分としては、内層2で使用するのと同様の架橋剤、架橋促進剤を組み合わせて用いるのが好ましい。
すなわち、架橋剤としては硫黄系架橋剤、とくに硫黄が好ましく、当該硫黄系架橋剤と組み合わせる架橋促進剤としては、チウラム系促進剤、チアゾール系促進剤、チオウレア系促進剤、およびグアニジン系促進剤の4種を併用するのが好ましい。
硫黄系架橋剤、および4種の架橋促進剤の割合も、内層2の場合と同程度とするのが好ましい。
〈イオン導電剤〉
外層4用のゴム組成物には、さらにイオン導電剤を配合してもよい。
イオン導電剤を配合することにより、ゴム組成物のイオン導電性をさらに向上して、ローラ本体5の外周面8の表面抵抗値R(Ω、10V印加時)を、より一層低下させることができる。
イオン導電剤としては、内層2で使用するのと同様の、分子中にフルオロ基およびスルホニル基を有する陰イオンと、陽イオンとの塩(イオン塩)が好ましい。
イオン導電剤の割合も、内層2の場合と同程度とするのが好ましい。
〈その他〉
外層4用のゴム組成物には、さらに必要に応じて、各種の添加剤を配合してもよい。
添加剤としては、内層2で使用するのと同様の添加剤、たとえば、架橋促進助剤、受酸剤、充填剤、可塑剤、加工助剤、劣化防止剤、劣化防止剤、スコーチ防止剤、滑剤、顔料、帯電防止剤、難燃剤、中和剤、造核剤、共架橋剤等が挙げられる。
充填剤としては、たとえば、サーマルブラック等のカーボンブラックが好ましい。
添加剤の割合も、内層2の場合と同程度とするのが好ましい。
〈ゴム組成物の調製〉
以上で説明した各成分を含む、外層4用のゴム組成物は、従来同様に調製することができる。
すなわち、まずゴムを素練りし、次いで架橋成分以外の各成分を加えて混練した後、最後に架橋成分を加えて混練することで、外層4用のゴム組成物が得られる。
混練には、たとえば、ニーダ、バンバリミキサ、押出機等を用いることができる。
《現像ローラ1の製造》
上記内層2用、および外層4用のゴム組成物を用いて、図1(a)(b)に示す現像ローラ1を製造するには、たとえば、両ゴム組成物を2層押出機に供給して、積層された2層構造の筒状に共押出成形したのち、全体を架橋させて内層2と外層4を形成する。
あるいは、内層2用のゴム組成物を筒状に押出成形し、架橋させて内層2を形成し、次いでその外周面3に、外層4用のゴム組成物のシートを巻き付けて、プレス成形等によって筒状に成形し、架橋させるとともに、内層2と一体化させて外層4を形成する。
次いで、形成した内層2と外層4の積層体を、オーブン等を用いて加熱して二次架橋させ、冷却したのち所定の外径となるように研磨すると、上記積層体からなるローラ本体5が形成される。
内層2の厚みは、組み込む画像形成装置の構造や寸法等に応じて任意に設定できる。
また、外層4の厚みも任意に設定できるものの、0.1mm以上であるのが好ましく、2mm以下であるのが好ましい。
外層4の厚みをこの範囲とすることで、それぞれ前述した所定のゴム組成物からなる内層2と外層4とを組み合わせた際に、ローラ本体5の外周面8の表面抵抗値R(Ω、10V印加時)、および全体でのローラ抵抗値R(Ω、400V印加時)を、いずれも前述した範囲に調整することができる。
そのため、黒ベタ濃度と2dot濃度の両方を同時に向上して、コントラストと、細線の再現性や階調性とに優れた画像を形成することができる。
また画像に、横方向に隣接する画像の濃度に依存した濃度のムラが生じるのを抑制したり、耐久2dot濃度や全面黒ベタ濃度の低下を抑制したりすることもできる。
研磨方法としては、たとえば、乾式トラバース研磨等の種々の研磨方法が採用可能であり、研磨工程の最後に鏡面研磨をして仕上げてもよい。
その場合は、外周面8の離型性を向上して、酸化膜9を形成せずに、あるいは酸化膜9を形成することとの相乗効果によって、トナーの付着をより一層良好に抑制することができる上、感光体等の汚染を有効に防止することもできる。
シャフト7は、ローラ本体5のもとになる筒状体のカット後から研磨後までの任意の時点で、通孔6に挿通して固定できる。
ただしカット後、まず通孔6にシャフト7を挿通した状態で二次架橋、および研磨をするのが好ましい。これにより、二次架橋時の膨張収縮によるローラ本体5の反りや変形を抑制できる。
また、シャフト7を中心として回転させながら研磨することで、当該研磨の作業性を向上し、なおかつ外周面8のフレを抑制できる。
シャフト7は、先に説明したように、導電性を有する接着剤、特に導電性の熱硬化性接着剤を介して二次架橋前の筒状体の通孔6に挿通したのち二次架橋させるか、あるいは通孔6の内径より外径の大きいものを通孔6に圧入すればよい。
前者の場合は、オーブン中での加熱によって筒状体が二次架橋されるのと同時に熱硬化性接着剤が硬化して、当該シャフト7がローラ本体5に電気的に接合されるとともに機械的に固定される。
また後者の場合は、圧入と同時に電気的な接合と機械的な固定が完了する。
また、前述したように、この両法を併用して、シャフト7を、ローラ本体5と電気的に接合し、かつ機械的に固定してもよい。
酸化膜9は、先に説明したように、外層4の表面であるローラ本体5の外周面8に紫外線を照射して形成するのが好ましい。
すなわち、ローラ本体5の外周面8に所定波長の紫外線を所定時間照射して、当該外周面8の近傍を構成するゴムを酸化させるだけで酸化膜9を形成できる。
そのため、酸化膜9の形成工程が簡単で効率的であって、現像ローラ1の生産性が低下したり製造コストが高くついたりするのを抑制することができる。
また、前述したように紫外線の積算光量(mJ/cm)を調整することにより、形成された酸化膜9で被覆された外周面8の水の接触角θ(°)を調整することもできる。
しかも、紫外線の照射によって形成される酸化膜9は、たとえば、従来の、塗剤を塗布して形成されるコーティング膜のような問題を生じることがない上、厚みの均一性やローラ本体5との密着性等にも優れている。
照射する紫外線の波長は、外層4用のゴム組成物中のジエン系ゴムを効率よく酸化させて、前述した機能に優れた酸化膜9を形成することを考慮すると、100nm以上であるのが好ましく、400nm以下、とくに300nm以下であるのが好ましい。
また照射の時間は、紫外線の積算光量(mJ/cm)に基づく水の接触角θ(°)が前述した所定の範囲となるように、任意に設定することができる。
ただし、酸化膜9は他の方法で形成してもよいし、前述したように形成しなくてもよい。
内層2と外層4の間には、任意の中間層を1層または2層以上介在させてもよい。
しかし、ローラ本体5の構造を簡略化することを考慮すると、当該ローラ本体5は、図1(a)(b)に示すように、内層2と外層4を直接に積層した2層構造とするのが好ましい。
本発明の現像ローラ1は、たとえば、レーザープリンタ、静電式複写機、普通紙ファクシミリ装置、およびこれらの複合機等の、電子写真法を利用した各種の画像形成装置に組み込んで用いることができる。
以下に本発明を、実施例、比較例に基づいて説明するが、本発明の構成は、必ずしもこれらの例に限定されるものではない。
《ゴム組成物の調製》
〈内層2用のゴム組成物(A)〉
ゴムとしては、GECO〔(株)大阪ソーダ製のエピオン(登録商標)301L、EO/EP/AGE=73/23/4(モル比)〕16質量部、IR〔日本ゼオン(株)製のNipol(登録商標)IR2200、非油展〕77質量部、SBR〔JSR(株)製のJSR 1502、結合スチレン:23.5%、非油展〕6質量部、およびCR〔昭和電工(株)製のショウプレン(登録商標)WRT、非油展〕1質量部を用いた。
上記ゴムの総量100質量部を、バンバリミキサを用いて素練りしながら、下記の各成分を配合して混練した。
Figure 0007382004000001
表1中の各成分は下記のとおりであり、表中の質量部は、ゴムの総量100質量部あたりの質量部である。
イオン塩:カリウム・ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド〔K-TFSI、三菱マテリアル電子化成(株)製のEF-N112〕
架橋促進助剤:酸化亜鉛2種〔堺化学工業(株)製〕
充填剤:カーボンブラックFEF〔東海カーボン(株)製のシースト(登録商標)SO〕
受酸剤:ハイドロタルサイト類〔協和化学工業(株)製のDHT-4A(登録商標)-2〕
加工助剤:ステアリン酸亜鉛〔堺化学工業(株)製のSZ-2000〕
次いで混練を続けながら、下記の架橋成分を配合してさらに混練して、内層2用のゴム組成物(A)を調製した。
Figure 0007382004000002
表2中の各成分は下記のとおりであり、表中の質量部は、ゴムの総量100質量部あたりの質量部である。
架橋剤:オイル処理粉末硫黄〔鶴見化学工業(株)製の金華印5%油入微粉硫黄〕
促進剤DM:ジ-2-ベンゾチアゾリルジスルフィド〔大内新興化学工業(株)製のノクセラー(登録商標)DM、チアゾール系促進剤〕
促進剤TS:テトラメチルチウラムモノスルフィド〔三新化学工業(株)製のサンセラー(登録商標)TS、チウラム系促進剤〕
促進剤22:エチレンチオウレア〔2-メルカプトイミダゾリン、川口化学工業(株)製のアクセル(登録商標)22-S、チオウレア系促進剤〕
促進剤DT:1,3-ジ-o-トリルグアニジン〔大内新興化学工業(株)製のノクセラーDT、グアニジン系促進剤〕
〈内層2用のゴム組成物(B)〉
GECOの量を18質量部、IRの量を75質量部としたこと以外はゴム組成物(A)と同様にして、内層2用のゴム組成物(B)を調製した。
〈内層2用のゴム組成物(C)〉
GECOの量を21質量部、IRの量を72質量部としたこと以外はゴム組成物(A)と同様にして、内層2用のゴム組成物(C)を調製した。
〈内層2用のゴム組成物(D)〉
GECOの量を23質量部、IRの量を70質量部としたこと以外はゴム組成物(A)と同様にして、内層2用のゴム組成物(D)を調製した。
〈内層2用のゴム組成物(E)〉
GECOの量を26質量部、IRの量を67質量部としたこと以外はゴム組成物(A)と同様にして、内層2用のゴム組成物(E)を調製した。
〈内層2用のゴム組成物(F)〉
GECOの量を28質量部、IRの量を65質量部としたこと以外はゴム組成物(A)と同様にして、内層2用のゴム組成物(F)を調製した。
〈内層2用のゴム組成物(G)〉
GECOの量を30質量部、IRの量を63質量部としたこと以外はゴム組成物(A)と同様にして、内層2用のゴム組成物(G)を調製した。
〈内層2用のゴム組成物(H)〉
GECOの量を32質量部、IRの量を61質量部としたこと以外はゴム組成物(A)と同様にして、内層2用のゴム組成物(H)を調製した。
〈内層2用のゴム組成物(I)〉
ゴムとして、GECO〔前出の(株)大阪ソーダ製のエピオン301L〕26質量部、BR〔宇部興産(株)製のUBEPOL(登録商標)BR130B、非油展〕59質量部、CR〔前出の昭和電工(株)製のショウプレンWRT〕10質量部、およびNBR〔日本ゼオン(株)製のNipol DN401LL、アクリロニトリル含量:18.0%、非油展〕5質量部を用い、かつイオン塩を配合しなかったこと以外はゴム組成物(A)と同様にして、内層2用のゴム組成物(I)を調製した。
〈内層2用のゴム組成物(J)〉
ゴムとして、GECO〔前出の(株)大阪ソーダ製のエピオン301L〕17.5質量部、IR〔前出の日本ゼオン(株)製のNipol IR2200〕36.25質量部、SBR〔前出のJSR(株)製のJSR 1502〕36.25質量部、CR〔前出の昭和電工(株)製のショウプレンWRT〕5質量部、および非ジエン系ゴムであるエチレンプロピレンジエンゴム〔EPDM、住友化学(株)製のエスプレン(登録商標)505A〕5質量部を用いたこと以外はゴム組成物(A)と同様にして、内層2用のゴム組成物(J)を調製した。
〈内層2用のゴム組成物(K)〉
ゴムとして、GECO〔前出の(株)大阪ソーダ製のエピオン301L〕5質量部、IR〔前出の日本ゼオン(株)製のNipol IR2200〕45質量部、BR〔前出の宇部興産(株)製のUBEPOL BR130B〕40質量部、およびCR〔前出の昭和電工(株)製のショウプレンWRT〕10質量部を用い、かつイオン塩の量を1質量部としたこと以外はゴム組成物(A)と同様にして、内層2用のゴム組成物(K)を調製した。
〈内層2用のゴム組成物(L)〉
GECOの量を10質量部、IRの量を42.5質量部、BRの量を37.5質量部としたこと以外はゴム組成物(K)と同様にして、内層2用のゴム組成物(L)を調製した。
〈内層2用のゴム組成物(M)〉
GECOの量を12.5質量部、IRの量を41.25質量部、BRの量を36.25質量部としたこと以外はゴム組成物(K)と同様にして、内層2用のゴム組成物(M)を調製した。
〈内層2用のゴム組成物(N)〉
GECOの量を15質量部、IRの量を40質量部、BRの量を35質量部としたこと以外はゴム組成物(K)と同様にして、内層2用のゴム組成物(N)を調製した。
〈内層2用のゴム組成物(O)〉
GECOの量を20質量部、IRの量を37.5質量部、BRの量を32.5質量部としたこと以外はゴム組成物(K)と同様にして、内層2用のゴム組成物(O)を調製した。
〈内層2用のゴム組成物(P)〉
GECOの量を30質量部、IRの量を32.5質量部、BRの量を27.5質量部としたこと以外はゴム組成物(K)と同様にして、内層2用のゴム組成物(P)を調製した。
〈内層2用のゴム組成物(Q)〉
ゴムとして、GECO〔前出の(株)大阪ソーダ製のエピオン301L〕28質量部、IR〔前出の日本ゼオン(株)製のNipol IR2200〕60質量部、SBR〔前出のJSR(株)製のJSR 1502〕6質量部、CR〔前出の昭和電工(株)製のショウプレンWRT〕1質量部、およびEPDM〔前出の住友化学(株)製のエスプレン505A〕5質量部を用いたこと以外はゴム組成物(A)と同様にして、内層2用のゴム組成物(Q)を調製した。
〈外層4用のゴム組成物(i)〉
ゴムとしては、GECO〔前出の(株)大阪ソーダ製のエピオン301L〕15質量部、SBR〔前出のJSR(株)製のJSR 1502〕75質量部、およびCR〔前出の昭和電工(株)製のショウプレンWRT〕10質量部を用いた。
上記ゴムの総量100質量部を、バンバリミキサを用いて素練りしながら、下記の各成分を配合して混練した。
Figure 0007382004000003
表3中の各成分は下記のとおり。また表中の質量部は、ゴムの総量100質量部あたりの質量部である。
イオン塩:カリウム・ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド〔K-TFSI、前出の三菱マテリアル電子化成(株)製のEF-N112〕
架橋促進助剤:酸化亜鉛2種〔堺化学工業(株)製〕
充填剤:カーボンブラック〔サーマルブラック、旭カーボン(株)製の旭#15〕
受酸剤:ハイドロタルサイト類〔前出の協和化学工業(株)製のDHT-4A-2〕
加工助剤:ステアリン酸亜鉛〔前出の堺化学工業(株)製のSZ-2000〕
次いで、混練を続けながら、下記の架橋成分を配合してさらに混練して、外層4用のゴム組成物(i)を調製した。
Figure 0007382004000004
表4中の各成分は下記のとおり。また表中の質量部は、ゴムの総量100質量部あたりの質量部である。
架橋剤:オイル処理粉末硫黄〔前出の鶴見化学工業(株)製の金華印5%油入微粉硫黄〕
促進剤DM:ジ-2-ベンゾチアゾリルジスルフィド〔前出の大内新興化学工業(株)製のノクセラーDM、チアゾール系促進剤〕
促進剤TS:テトラメチルチウラムモノスルフィド〔前出の三新化学工業(株)製のサンセラーTS、チウラム系促進剤〕
促進剤22:エチレンチオウレア〔2-メルカプトイミダゾリン、前出の川口化学工業(株)製のアクセル22-S、チオウレア系促進剤〕
促進剤DT:1,3-ジ-o-トリルグアニジン〔前出の大内新興化学工業(株)製のノクセラーDT、グアニジン系促進剤〕
〈外層4用のゴム組成物(ii)〉
GECOの量を20質量部、SBRの量を70質量部としたこと以外はゴム組成物(i)と同様にして、外層4用のゴム組成物(ii)を調製した。
〈外層4用のゴム組成物(iii)〉
GECOの量を25質量部、SBRの量を65質量部としたこと以外はゴム組成物(i)と同様にして、外層4用のゴム組成物(iii)を調製した。
〈外層4用のゴム組成物(iv)〉
GECOの量を30質量部、SBRの量を60質量部としたこと以外はゴム組成物(i)と同様にして、外層4用のゴム組成物(iv)を調製した。
〈外層4用のゴム組成物(v)〉
GECOの量を50質量部、SBRの量を40質量部としたこと以外はゴム組成物(i)と同様にして、外層4用のゴム組成物(v)を調製した。
〈外層4用のゴム組成物(vi)〉
GECOの量を30質量部、SBRの量を67.5質量部、CRの量を2.5質量部としたこと以外はゴム組成物(i)と同様にして、外層4用のゴム組成物(vii)を調製した。
〈外層4用のゴム組成物(vii)〉
イオン塩を配合しなかったこと以外はゴム組成物(vi)と同様にして、外層4用のゴム組成物(viii)を調製した。
〈外層4用のゴム組成物(viii)〉
GECOの量を40質量部、SBRの量を57.5質量部としたこと以外はゴム組成物(vii)と同様にして、外層4用のゴム組成物(viii)を調製した。
〈外層4用のゴム組成物(ix)〉
GECOの量を25質量部、SBRの量を72.5質量部としたこと以外はゴム組成物(vii)と同様にして、外層4用のゴム組成物(ix)を調製した。
《実施例1~9、比較例1~10》
内層2用のゴム組成物(B)~(P)、および外層用のゴム組成物(i)~(V)を、表5~表8に示す組み合わせで2層押出機に供給して、外径φ16mm、内径φ6.5mmの、2層構造の筒状に押出成形し、架橋用の仮のシャフトに装着して加硫缶内で160℃×1時間架橋させた。
次いで、架橋させた筒状体を、外周面に導電性の熱硬化性接着剤を塗布した外径φ7.5mmの金属製のシャフト7に装着し直して、オーブン中で160℃に加熱してシャフト7に接着させた。
次いで、筒状体の両端を整形するとともに、外周面8を、円筒研磨機を用いてトラバース研磨したのち仕上げとして鏡面研磨して外径φ16mmになるように仕上げて、内層2と外層4の2層構造を有し、シャフト7と一体化されたローラ本体5を形成した。
研磨後の外層4の厚みは約0.1~2mmであった。
次いで、形成したローラ本体5の外周面8をアルコール拭きしたのち、当該外周面8からUVランプまでの距離が50mmになるように設定して紫外線照射装置〔セン特殊光源(株)製のPL21-200〕にセットした。
そして、シャフトを中心として90°ずつ回転させながら、波長184.9nmと253.7nmの紫外線を照射することで上記外周面8を酸化膜9で被覆して、現像ローラ1を製造した。
紫外線の積算光量は、いずれも100mJ/cmとした。
《特性測定》
上記各実施例、比較例で製造した現像ローラ1について、下記の各試験を実施して、その特性を求めた。
なお各試験は、いずれも温度23℃、相対湿度55%の環境下で実施した。
〈表面抵抗値Rの測定〉
ローラ本体5の外周面8の表面抵抗値R(Ω、10V印加時)を、抵抗率計〔(株)三菱ケミカルアナリテック製のハイレスタ(登録商標)UP MCP-HT800〕と同社製の専用MCPプローブ(UAタイプ)とを用いて、表面抵抗モードで測定した。
すなわちMCPプローブを、480gの荷重をかけて、ローラ本体5の外周面8の、軸方向の中央部に押し当てて10秒経過後の値を、ローラ本体5の外周面8の表面抵抗値R(Ω、10V印加時)とした。
測定の条件は、RCF(S):1.050、印加電圧:10Vとした。
表面抵抗値R(Ω、10V印加時)は、前述したように、常用対数値logRが7.0以上、8.5以下であったものを合格(○)、それ以外を不合格(×)とした。
〈ローラ抵抗値Rの測定〉
ローラ本体5の全体でのローラ抵抗値R(Ω、400V印加時)を、図2に示す方法で測定した。
すなわち図1、図2を参照して、まず一定の回転速度で回転させることができるアルミニウムドラム10を用意し、用意したアルミニウムドラム10の外周面11に、上方から、ローラ本体5の外周面8を接触させた。
また、シャフト7とアルミニウムドラム10との間に直流電源12、および抵抗13を直列に接続して計測回路14を構成した。
直流電源12は、(-)側をシャフト7、(+)側を抵抗13と接続し、抵抗13の抵抗値rは100Ωとした。
次いで、シャフト7の両端部にそれぞれ450gの荷重Fをかけて、ローラ本体5をアルミニウムドラム10に圧接させた状態で、アルミニウムドラム10を40rpmで回転させた。
そして回転を続けながら、ローラ本体5とアルミニウムドラム10との間に、直流電源12から直流400Vの印加電圧Eを印加した際に、抵抗13にかかる検出電圧Vを計測した。
検出電圧Vと印加電圧E(=400V)とから、ローラ本体5の全体でのローラ抵抗値Rは、基本的に式(3):
=r×E/V-r (3)
によって求められる。
ただし式(3)中の-rの項は微小とみなすことができるため、本発明では式(3a):
=r×E/V (3a)
によって求めた値でもって、ローラ本体5の全体でのローラ抵抗値R(Ω、400V印加時)とした。
ローラ抵抗値R(Ω、400V印加時)は、前述したように、常用対数値logRが6.3以上、8.5以下であったものを合格(○)、それ以外を不合格(×)とした。
〈水の接触角θの測定〉
ローラ本体5の外周面8の、水の接触角θ(°)は、自動接触角計〔協和界面科学(株)のDMo-501〕を用いて、液滴量:2μL、着滴後の測定開始時間:1000msの条件で測定した。
具体的には、図3を参照して、まずマイクロシリンジに充填した純水を、ローラ本体5の外周面8に2μL滴下し、滴下から1000ms後の液滴15の形状から、式(4):
θ=2arctan(h/r) (4)
によって水の接触角θ(°)を求めた。
なお式(4)中の符号は、図3に示すように、hがローラ本体5の外周面8に滴下した液滴15の高さ、rが上記液滴15の半径である。
測定は、同一サンプルのローラ本体5の外周面8の、軸方向の両端からそれぞれ5cmの位置と、軸方向の中央の計3箇所に液滴15を低下して実施して、その平均値を測定値とした。
水の接触角θ(°)は、50°未満を不良(×)、50°以上、60°未満を良好(△)、60°以上をとくに良好(○)とした。
《実機試験》
製造した現像ローラ1を、レーザープリンタ〔ブラザー工業(株)製のHL-2240D〕に組み込み、下記の各試験を実施して形成画像の画質を評価した。
なお各試験は、いずれも温度23.5℃、相対湿度55%の環境下で実施した。
〈初期黒ベタ濃度の測定〉
普通紙に1%濃度の画像を連続的に30枚連続して画像形成した直後に、3cm角の黒ベタ画像を1枚画像形成した。
そして、形成した黒ベタ画像上の任意の5点で、ビデオジェット・エックスライト(株)製の反射濃度計を用いて画像濃度を測定し、その平均値を求めて初期黒ベタ濃度とした。初期黒ベタ濃度は1.30以上を合格(○)、1.30未満を不合格(×)とした。
〈初期2dot濃度の測定〉
普通紙に1%濃度の画像を30枚連続して画像形成した直後に、格子長約80μmの正方格子上に円が並んだ孤立2dot画像を1枚画像形成した。
そして、形成した孤立2dot画像上の任意の5点で、同じ反射濃度計を用いて画像濃度を測定し、その平均値を求めて初期2dot濃度とした。
初期2dot濃度は0.02を超えるものを合格(○)、0.02以下を不合格(×)とした。
〈濃度ムラの測定〉
普通紙に1%濃度の画像を3000枚連続して画像形成した直後に、3cm幅のハーフトーン部と、当該ハーフトーン部の、用紙の通紙方向と直交する横方向に5mmあけて隣接させて、3cm角の黒ベタ部を有する画像を1枚画像形成した。
そして、形成した画像のハーフトーン部を観察して、ムラが見られなかったものを良好(○)、ムラが見られたものを不良(×)と評価し、評価が不良(×)であったものは、以降の試験を行わなかった。
また、初期黒ベタ濃度が1.1以下であったもの、および/または初期2dot濃度が0.01以下であったものも、以降の試験を行わなかった。
〈耐久2dot濃度の測定〉
普通紙に1%濃度の画像を3000枚連続して画像形成した直後に、初期2dot濃度の測定と同じ孤立2dot画像を1枚画像形成した。
そして、形成した孤立2dot画像上の任意の5点で、同じ反射濃度計を用いて画像濃度を測定し、その平均値を求めて耐久2dot濃度とした。
耐久2dot濃度は0.02を超えるものを合格(○)、0.02以下を不合格(×)とした。
また、初期2dot濃度と耐久2dot濃度の差を変化量(Δ2dot濃度)として求めて、当該Δ2dot濃度が0.03以下であったものを合格(○)、0.03を超えるものを不合格(×)とした。
〈全面黒ベタ濃度の測定〉
普通紙に1%濃度の画像を3000枚連続して画像形成した直後に、全面黒ベタ画像を1枚画像形成した。
そして、形成した全面黒ベタ画像の、最も濃度が低い部分の濃度を、同じ反射濃度計を用いて測定して、全面黒ベタ濃度とした。
全面黒ベタ濃度は、1.13未満を不良(×)、1.13以上、1.2未満を良好(△)、1.2以上をとくに良好(○)とした。
以上の結果を表5~表8に示す。
Figure 0007382004000005
Figure 0007382004000006
Figure 0007382004000007
Figure 0007382004000008
表5~表8の結果より、内層2と外層4の2層構造を有し、内層2は、エピクロルヒドリンゴムの割合をゴムの総量100質量部中の21質量部以上とし、かつ外周面8の表面抵抗値logRを7.0~8.5、ローラ本体5の全体でのローラ抵抗値logRを6.3~8.5とすることにより、現状よりも画質に優れた画像を形成できる現像ローラが得られることが判った。
《実施例10~19、比較例11~14》
内層2用のゴム組成物(A)~(H)(Q)、および外層用のゴム組成物(vi)~(ix)を、表9~表11に示す組み合わせで2層押出機に供給して、外径φ16mm、内径φ6.5mmの、2層構造の筒状に押出成形し、架橋用の仮のシャフトに装着して加硫缶内で160℃×1時間架橋させた。
次いで、架橋させた筒状体を、外周面に導電性の熱硬化性接着剤を塗布した外径φ7.5mmの金属製のシャフト7に装着し直して、オーブン中で160℃に加熱してシャフト7に接着させた。
次いで、筒状体の両端を整形するとともに、外周面8を、円筒研磨機を用いてトラバース研磨したのち仕上げとして鏡面研磨して外径φ16mmになるように仕上げて、内層2と外層4の2層構造を有し、シャフト7と一体化されたローラ本体5を形成した。
研磨後の外層4の厚みは約0.1~2mmであった。
次いで、形成したローラ本体5の外周面8をアルコール拭きしたのち、当該外周面8からUVランプまでの距離が50mmになるように設定して紫外線照射装置〔セン特殊光源(株)製のPL21-200〕にセットした。
そして、シャフトを中心として90°ずつ回転させながら、波長184.9nmと253.7nmの紫外線を照射することで上記外周面8を酸化膜9で被覆して、現像ローラ1を製造した。
紫外線の積算光量は、それぞれ表9~表11に示す値とした。
上記各実施例、比較例で製造した現像ローラ1について、前述した各試験を実施して、その特性を評価した。
結果を表9~表11に示す。
Figure 0007382004000009
Figure 0007382004000010
Figure 0007382004000011
表9~表11の結果からも、前述した構成によって、現状よりも画質に優れた画像を形成できる現像ローラが得られることが判った。
また実施例1~19、比較例1~14の結果より、さらにローラ本体5の外周面8は、水の接触角θ(°)が50°以上、とくに60°以上であるのが好ましいことが判った。
1 現像ローラ
2 内層
3 外周面
4 外層
5 ローラ本体
6 通孔
7 シャフト
8 外周面
9 酸化膜
10 アルミニウムドラム
12 直流電源
13 抵抗
14 計測回路
15 液滴
F 荷重
V 検出電圧
r 抵抗値
θ 接触角
h 高さ
r 半径

Claims (4)

  1. ゴムとしてエピクロルヒドリンゴム、およびジエン系ゴムを含むゴム組成物の架橋物からなる筒状の内層、および前記内層の外周を被覆する筒状の外層を含むローラ本体を含み、前記エピクロルヒドリンゴムの割合は、前記ゴムの総量100質量部中の21質量部以上であり、前記外層の外周面である前記ローラ本体の外周面の表面抵抗値R(Ω、10V印加時)は、式(1):
    7.0≦logR≦8.5 (1)
    を満足し、かつ前記ローラ本体の全体でのローラ抵抗値R(Ω、400V印加時)は、式(2):
    6.3≦logR≦8.5 (2)
    を満足していて、
    前記外層は、ゴムとしてエピクロルヒドリンゴム、およびジエン系ゴムを含むゴム組成物の架橋物からなる現像ローラ。
  2. 前記内層を形成する前記ゴム組成物は、前記ジエン系ゴムとして、イソプレンゴム、およびブタジエンゴムからなる群より選ばれた少なくとも1種を含む請求項1に記載の現像ローラ。
  3. 前記ローラ本体の外周面は、酸化膜によって被覆されている請求項1または2に記載の現像ローラ。
  4. 前記ローラ本体の外周面は、水の接触角θ(°)が50°以上である請求項1ないしのいずれか1項に記載の現像ローラ。
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