JP2009151139A - 現像ローラ及び該現像ローラを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性、トナー帯電性、耐トナーフィルミング性に優れ、良好な画像を確実に得ることができる現像ローラを提供することを目的とする。
【解決手段】芯金１と、該芯金１の周囲に形成された弾性層２と、該弾性層２の外周に形成された一層又は複数層の塗膜層３を有する現像ローラにおいて、前記弾性層２が、機械撹拌発泡により得られたポリウレタンフォームからなり、かつ前記塗膜層３の少なくとも最外層が、ポリシロキサン骨格及びフロロアルキル骨格のいずれか一方又は両方を含有するアクリル樹脂を主材とすることを特徴とする現像ローラを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電潜像を担持した潜像保持体に現像剤を供給して該静電潜像を可視化する現像機構を具備した画像形成装置で、上記現像剤を潜像保持体に供給するために用いられる現像ローラ、及び該現像ローラを用いた画像形成装置に関する。

例えばプリンタや複写機等の電子写真装置といわれる画像形成装置では、静電潜像を担持した潜像保持体に現像剤（トナー）を供給して該静電潜像を可視化する現像操作が行われる。この場合、現像剤の供給には現像ローラとして半導電性弾性ローラが一般的に用いられている。

この現像ローラとして、ポリウレタン発泡体を弾性層として用いたローラが知られている。この場合、比較的微細な気泡を有する発泡体が得られることから機械撹拌発泡（メカニカルフロス法）により得られたポリウレタン発泡体が好ましく用いられ、従来はこのポリウレタン発泡体弾性層上にウレタン樹脂塗料を塗布して耐トナーフィルミング性を確保しているが、この現像ローラでは必ずしも十分なトナー帯電性を得ることができない。そこで従来、十分なトナー帯電性を得るためにシリコーン樹脂で表層を形成することが提案されている（特許文献１）。

しかしながら、シリコーン樹脂は導電剤のカーボンブラックの分散性に劣り、塗装ムラが生じやすく、ムラなく均一な塗膜を形成することが困難であり、塗膜のムラが画像品質に影響することがあった。

特開平１１−６５２６８号公報

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、耐久性、トナー帯電性、耐トナーフィルミング性に優れ、良好な画像を確実に得ることができる現像ローラ、及び該現像ローラを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、芯金の周囲に形成された弾性層の外周に一層又は複数層の塗膜層を形成して現像ローラを得る場合に、前記弾性層を機械撹拌発泡により成形したポリウレタンフォームで形成し、更に前記塗膜層の最外層をポリシロキサン骨格及びフロロアルキル骨格のいずれか一方又は両方を含有するアクリル樹脂を用いて形成することにより、耐久性、トナー帯電性、耐トナーフィルミング性に優れ、良好な画像を確実に得ることができる現像ローラが得られることを見い出し、本発明を完成したものである。

従って、本発明は、芯金と、該芯金の周囲に形成された弾性層と、該弾性層の外周に形成された一層又は複数層の塗膜層を有する現像ローラにおいて、前記弾性層が、機械撹拌発泡により得られたポリウレタンフォームからなり、かつ前記塗膜層の少なくとも最外層が、ポリシロキサン骨格及びフロロアルキル骨格のいずれか一方又は両方を含有するアクリル樹脂を主材とすることを特徴とする現像ローラ提供する。

また本発明は、静電潜像を担持した潜像保持体に現像剤を供給して該静電潜像を可視化する現像機構を具備した画像形成装置において、上記現像剤を潜像保持体に供給する現像ローラとして、上記本発明の現像ローラを用いたことを特徴とする画像形成装置を提供するものである。

本発明の現像ローラは、耐久性、トナー帯電性、耐トナーフィルミング性に優れ、この現像ローラを用いた画像形成装置によれば、良好な画像を長期に亘って安定的に得ることができるものである。

以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明の現像ローラは、例えば図１に示したように、芯金１と、該芯金１の周囲に形成された弾性層２と、該弾性層の外周に形成された塗膜層３を有するものであり、この塗膜層３を特定のアクリル樹脂を主材として形成したものである。

上記弾性層２は、機械撹拌により発泡させたポリウレタンフォームで形成されたものである。この場合、このポリウレタンフォームの組成は、特に制限されるものではなく、ポリオール成分とイソシアネート成分とを含む公知のポリウレタン原料を発泡成形して形成すればよい。

この場合、ポリオール成分としては、特に制限はなく、ウレタンフォーム製造の原料ポリオールとして公知のものを用いることができ、ポリエーテル系ポリオール、ポリエステル系ポリオール、ポリエステルポリエーテル系ポリオール等をローラの用途等に応じて適宜選択することができるが、本発明では、特にポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオールが好ましく用いられ、これらのいずれか一方又は両方を混合して用いることができる。

ポリエーテルポリオールとしてより具体的には、グリセリン等にポリエチレンオキシドやプロピレンオキシドなどのアルキレンオキシドを付加重合して得られたポリエーテルポリオール，テトラヒドロフランなどを開環重合して得られたポリエーテルポリール，ポリテトラメチレングリコール，エチレングリコール，プロパンジオール，ブタンジオール等のポリエーテルポリオールが例示される。

また、ポリエステルポリオールとしては、ジカルボン酸とジオールやトリオール等との縮合により得られる縮合系ポリエステルポリオール，ジオールやトリオールをベースとし、ラクトンの開環重合により得られるラクトン系ポリエステルポリオール，ポリエーテルポリオールの末端をラクトンでエステル変性したエステル変性ポリオールなどのポリオールなどが例示される。

これらポリオールは、特に制限させるものではないが、数平均分子量５００〜５０００、特に１０００〜３０００であることが好ましく、水酸基価は２１〜２４４ｍｇＫＯＨ、特に３７〜１１２ｍｇＫＯＨであることが好ましく、また官能基数は２〜３であることが好ましい。

次に、上記イソシアネートも特に制限はなく、従来公知の各種イソシアネート化合物の中から、適宜選択して使用することができる。具体的には、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ），ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ），ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、変性ＴＤＩ，変性ＭＤＩ，変性ＨＤＩなどが例示され、特に変性ＴＤＩ，変性ＭＤＩ，変性ＨＤＩが好ましく用いられる。この場合、変性体の種類としては、特に制限されるものではないが、ポリオール変性体が好ましく、中でもポリオール変性ＴＤＩが、上記ポリエーテルポリオールやポリエステルポリオールとの組み合わせで、特に好ましく用いられる。なお、これらイソシアネートは、特に制限されるものではないが、ＮＣＯ含有率が１〜２５％、特に４〜２０％であることが好ましい。

通常、この弾性層２のポリウレタンフォームには導電剤が配合されて、導電性の付与又は調整が行われる。導電剤としては、公知のイオン導電剤や電子導電剤を用いることができ、更にはイオン導電剤と電子導電剤とを併用することもできる。

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（例えば、ラウリ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、オクタデシルトリメチルアンモニウム（例えば、ステアリ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などの過塩素酸塩、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、スルホン酸塩などのアンモニウム塩、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどのアルカリ金属や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、トリフルオロメチル硫酸塩、スルホン酸塩などが例示される。

また、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；酸化処理を施したインク用カーボン、熱分解カーボン、天然グラファイト、人造グラファイト；酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛等の導電性金属酸化物；ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属などが例示される。

更に、本発明導電性ローラの弾性層を構成する上記ポリウレタン発泡体には、上記ポリオール成分、イソシアネート成分及び導電剤の他に、要に応じて、整泡剤、架橋剤、界面活性剤、触媒等の公知の添加剤を適量添加することができる。

上記整泡剤としては、ポリジメチルシロキサン−ポリエチレンオキサイド共重合体、ポリジメチルシロキサン−ポリプロピレンオキサイド共重合体、ポリジメチルシロキサン−ポリエチレンアジペート共重合体などが例示される。

上記触媒としては、例えば、有機金属触媒のジブチルチンジラウレート、ジブチルチンジアセテート、スタナスオクトエート、ジブチルチンマーカプチド、ジブチルチンチオカルボキシレート、ジブチルチンジマレニート、ジオクチルチンマーカプチド、ジオクチルチンチオカルボキシレート、フェニル水銀、プロピオン酸銀、オクテン酸錫、アミン触媒のトリエチルアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン、トリエチレンジアミン、Ｎ−メチルモルホリン、ジメチルアミノエタノール、ビス（２−ジメチルアミノエチル）エーテル、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）−ウンデセン−７等が好ましく用いられる。これらの触媒は、単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

上記弾性層２は、上記イソシアネート成分、ポリオール成分及び必要に応じて添加される導電剤や上記添加剤を混合し、機械撹拌発泡させて芯金をセットした金型内に注型して熱硬化させることにより、上記芯金１の周囲に形成することができる。

次に、上記塗膜層３は、ポリシロキサン骨格及びフロロアルキル骨格のいずれか一方又は両方を含有するアクリル樹脂を主材とする塗料を用いて形成される。

ここで、アクリル樹脂中のポリシロキサン骨格、フロロアルキル骨格又はこれら両方の含有割合は、特に限定されるものではないが、５〜５０質量％、特に１０〜３０質量％とすることが好ましく、５質量％未満であると滑り性能、耐摩耗性能が低下し、トナーが現像ローラに付着するフィルミングや耐久時に塗膜が削れてトナーが漏れるなどの不都合が生じる場合があり、一方５０質量％を超えると、高温高湿環境下でブリードアウトが生じて感光体を汚染する場合がある。

また、このアクリル樹脂は、特に制限されるものではないが、ガラス転移点（Ｔｇ）が２０℃以下、特に−４０〜２０℃、更には−２０〜０℃であることが好ましい。このアクリル樹脂のＴｇが２０℃を超えると、塗膜の弾性率が高くなり、トナーへのダメージが大きくなって、耐久時に現像スジなどの画像不良が発生する場合がある。

このアクリル樹脂からなる塗膜層３には、現像ローラの塗膜層に配合される公知の添加剤を適宜配合することができ、例えば上記弾性層で例示したものと同様の導電剤や樹脂の硬化剤などを必要に応じて適量添加することができる。

また、この塗膜層３には、ローラの表面粗さを調製するため樹脂粒子などを配合分散することもできる。この場合、樹脂粒子は、表面樹脂層を形成する樹脂の種類や表面樹脂層の厚さなどに応じて適宜選定することができる。具体的には、例えばウレタン樹脂粒子、アクリル樹脂粒子、シリコーン樹脂粒子、シリカ粒子、ポリアミド樹脂粒子、ナイロン樹脂粒子などが例示され、これらの１種又は２種以上を用いることができる。また、粒子の形状や大きさ、粒度分布なども適宜選定され、特に制限されるものではないが、通常は球形、角型、針型の粒子が好ましく用いられ、また粒径はＤ₅₀＝１〜５０μｍ、特にＤ₅₀＝５〜２０であることが好ましい。

この塗膜層３の厚さは、特に制限されるものではないが、通常は１〜２０μｍ、特に５〜１０μｍとすることが好ましい。この場合、この塗膜層３は、複数層を積層形成してもよく、通常は１〜５層とすることができる。塗膜層３を複数層とする場合には、ウレタン樹脂、ウレタンアクリル樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、ポリシロキサン骨格やフロロアルキル骨格を含まない通常のアクリル樹脂など、上記特定にアクリル樹脂以外の樹脂からなる塗膜層と組み合わせることもできるが、この場合には上記特定のアクリル樹脂を主材とする塗膜層が最外層となるように形成される。

この塗膜層３の形成は、上記樹脂成分及び添加剤をメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、酢酸エチル、メチルシクロヘキサンなどの溶剤に溶解・分散して樹脂塗料を調製し、樹脂塗料をディッピング、スプレー、ロールコータなどの公知の方法により弾性層上に塗工すればよい。

本発明の現像ローラは、静電潜像を担持した潜像保持体に現像剤を供給して該静電潜像を可視化する現像機構を具備した画像形成装置において、上記現像剤を担持して潜像保持体に供給する現像ローラとして用いられるものである。このような画像形成装置としては、例えば図２に示した構成の装置が例示される。

即ち、この装置は、感光ドラム（潜像保持体）６に現像ローラ５を当接又は近接させた状態に配置すると共に、更にこの現像ローラ５にトナー搬送ローラ４を当接させた状態に配置して、これら感光ドラム６、現像ローラ５、及びトナー搬送ローラ４をそれぞれ図中矢印方向に回転させることにより、トナーカセット内のトナー溜りからトナー搬送ローラ４によってトナーｔを搬送して現像ローラ５の表面に供給し、このトナーｔを成層ブレード７により均一な薄層に整え、この状態で現像ローラ５が感光ドラム６と接触又は近接した状態で回転することにより、薄層に形成されたトナーｔが現像ローラ５から感光ドラム６の潜像に付着して、該潜像を可視化することにより現像が行われ画像が形成させるものである。ここで、図中８は転写部であり、ここで紙等の記録媒体９にトナー画像を転写するようになっており、また１０はクリーニング部であり、そのクリーニングブレード１１により転写後に感光ドラム６表面に残留するトナーを除去するようになっている。なお、図２では、帯電ローラ等の帯電手段は省略されている。

以下、実施例，比較例を示し、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。

［実施例１］
下記の配合組成のポリウレタンフォームを発泡成形し、芯金（４ｍｍφ）の外周にポリウレタンフォームからなる弾性層（厚さ４ｍｍ）を形成した。この際、ポリオール、整泡剤、イオン導電剤、触媒を混合したＡ液と、イソシアネート及びカーボンブラックを混合したＢ液とを予め調製し、これらＡ液とＢ液とを機械撹拌して混合すると共に発泡させ、芯金をセットした金型内に注型して芯金の外周に密度０．７ｇ／ｃｍ³のポリウレタンフォーム弾性層を形成した。
［配合組成］
ポリオール変性トリレンジイソシアネート １００質量部
（旭硝子ウレタン（株）製 試作品「ＢＳ ００８」ＮＣＯ含有率６．７％）
ポリエステルポリオール ２４質量部
（（株）クラレ製「クラレポリオール Ｆ−５１０」水酸基価３３６、官能基数３）
導電性カーボンブラック ２質量部
整泡剤（ポリジメチルシロキサン／ポリエチレンオキサイド共重合体） ５質量部
イオン導電剤（過塩素酸ナトリウム） ０．３質量部
触媒（ジブチル錫ジラウレート） ０．２質量部

次に、５質量％の割合でポリシロキサン骨格を含有するアクリル樹脂（大日本インキ化学工業社製「ディフェンサＤＲ−１４５」）１００質量部、カーボンブラック３５質量部、ウレタン粒子（大日本インキ化学工業社製「ＣＦＢ−１０１−４０」）１０質量部をメチルエチルケトン３５０質量部に分散させ、次いでイソシアネート硬化剤（日本ポリウレタン社製「コロネート２５２１」２０質量部を添加して撹拌モータで３０分間撹拌し、塗膜層用塗料を調整した。この塗料を上記弾性層上に塗布して厚さ１０μｍの塗膜層を形成し、現像ローラを得た。

［実施例２］
アクリル樹脂として、２０質量％の割合でポリシロキサン骨格を含有するアクリル樹脂（大日本インキ化学工業社製「ディフェンサＤＲ−１６３」）を用いたこと以外は実施例１と同様にして塗膜層形成用塗料を調製し、この塗料を実施例１と同様の弾性層上に塗布して厚さ１０μｍの塗膜層を形成し、現像ローラを得た。

［実施例３］
アクリル樹脂として、５０質量％の割合でポリシロキサン骨格を含有するアクリル樹脂（大日本インキ化学工業社製「ディフェンサＤＲ−１６６」）を用いたこと以外は実施例１と同様にして塗膜層形成用塗料を調製し、この塗料を実施例１と同様の弾性層上に塗布して厚さ１０μｍの塗膜層を形成し、現像ローラを得た。

［実施例４］
アクリル樹脂として、５質量％の割合でフロロアルキル骨格を含有するアクリル樹脂（大日本インキ化学工業社製「ディフェンサＤＲ−１４０」）を用いたこと以外は実施例１と同様にして塗膜層形成用塗料を調製し、この塗料を実施例１と同様の弾性層上に塗布して厚さ１０μｍの塗膜層を形成し、現像ローラを得た。

［実施例５］
アクリル樹脂として、２０質量％の割合でフロロアルキル骨格を含有するアクリル樹脂（大日本インキ化学工業社製「ディフェンサＤＲ−１４４」）を用いたこと以外は実施例１と同様にして塗膜層形成用塗料を調製し、この塗料を実施例１と同様の弾性層上に塗布して厚さ１０μｍの塗膜層を形成し、現像ローラを得た。

［実施例６］
アクリル樹脂として、４０質量％の割合でフロロアルキル骨格を含有するアクリル樹脂（大日本インキ化学工業社製「ディフェンサＤＲ−１４７」）を用いたこと以外は実施例１と同様にして塗膜層形成用塗料を調製し、この塗料を実施例１と同様の弾性層上に塗布して厚さ１０μｍの塗膜層を形成し、現像ローラを得た。

［比較例１］
アクリル樹脂に代えて、シリコーン樹脂（東レ・ダウコーニング社製「ＳＲ２４１０」）を用いたこと以外は実施例１と同様にして塗膜層形成用塗料を調製し、この塗料を実施例１と同様の弾性層上に塗布して厚さ１０μｍの塗膜層を形成し、現像ローラを得た。

［比較例２］
アクリル樹脂に代えて、ウレタン樹脂（日本ポリウレタン社製「Ｎ５１９６」）を用いたこと以外は実施例１と同様にして塗膜層形成用塗料を調製し、この塗料を実施例１と同様の弾性層上に塗布して厚さ１０μｍの塗膜層を形成し、現像ローラを得た。

上記各現像ローラにつき、ローラ硬度をマイクロゴム硬度計（高分子計器社製「ＭＤ−１」）を用いて測定すると共に、感光体汚染、画像濃度、耐かぶり性，耐トナーフィルミング性をそれぞれ下記方法により評価した。結果を表１に示す。

［感光体汚染］
現像ローラを感光ドラムに１ｋｇの荷重で押し付け、４０℃，９５％ＲＨの高温高湿下に放置し、１週間後にこの現像ローラと感光ドラムを実機（ヒューレッドパッカード社製「ＬＢＰ４６００」）に組み込んで、画像出しを行い、現像ローラと１週間接触していた箇所の感光ドラム表面の汚染を次の基準で評価した。
○：感光ドラムの汚染は見られなかった。
△：感光ドラムの汚染が僅かに見られた。
×：ブリードして感光ドラムに明らかな汚染が見られた。

［画像濃度］
現像ローラをトナーカートリッジに組み込み、低温低湿（１５℃，１０％ＲＨ）環境下（ＬＬ環境）、常温常湿（２５℃，５０％ＲＨ）環境下（ＮＮ環境）、高温高湿（３０℃，８０％ＲＨ）環境下（ＨＨ環境）で、ヒューレットパッカード社製「カラーＬＢＰ４６００」を用いて印字率２％の連続画像形成を行い、初期と５０００枚印刷後にベタ画像及びハーフトーン画像を形成した。得られた画像につき濃度ムラを目視により下記基準で評価した。
○：濃度ムラなし。
△：若干の濃度ムラあり。
×：明らかな濃度ムラがある。

［耐かぶり性］
各現像ローラをプリンタ（ヒューレッドパッカード社製「ＬＢＰ４６００」）に組み込み、白ベタ画像の画像出し中にプリンタを強制停止して、白地部分における感光ドラムへのトナー飛翔量を評価した。その評価は、テープ転写による濃度比較（マクベス濃度計により測定）を実施し、下記基準で３段階評価を行った。
○：０．１５未満
△：０．１５以上、０．２０未満
×：０．２０以上

［耐トナーフィルミング性］
現像ローラ表面にトナーを塗して、トナーカートリッジに組み込み、４０℃，９５％ＲＨ下に１週間放置した後に画像出しを行い、下記基準で耐トナーフィルミング性を評価した。
○：１枚目から現像ローラ表面にトナーの付着が見られなかった。
△：１０枚目までに現像ローラ表面にトナーの付着が見られなかった。
×：１０枚を超えても現像ローラ表面にトナーの付着が見られた。

表１の通り、ポリシロキサン骨格又はフロロアルキル骨格を含有するアクリル樹脂を用いて塗膜層を形成した本発明の現像ローラは、耐久性、トナー帯電性、耐トナーフィルミング性に優れ、この現像ローラを用いた画像形成装置によれば、良好な画像を長期に亘って安定的に得ることが確認された。

本発明現像ローラの一例を示す概略断面図である。 現像ローラを用いた現像機構の一例を示す概略図である。

符号の説明

１ 芯金
２ 弾性層
３ 塗膜層
４ トナー搬送ローラ
５ 現像ローラ
６ 感光ドラム（潜像保持体）
７ 成層ブレード
８ 転写部
９ 紙（記録媒体）
１０ クリーニング部
１１ クリーニングブレード
ｔ トナー

Claims (6)

1. 芯金と、該芯金の周囲に形成された弾性層と、該弾性層の外周に形成された一層又は複数層の塗膜層を有する現像ローラにおいて、
   前記弾性層が、機械撹拌発泡により得られたポリウレタンフォームからなり、かつ前記塗膜層の少なくとも最外層が、ポリシロキサン骨格及びフロロアルキル骨格のいずれか一方又は両方を含有するアクリル樹脂を主材とすることを特徴とする現像ローラ。
2. 上記弾性層を構成するポリウレタンフォームが、独立気泡のフォーム体である請求項１記載の現像ローラ。
3. 上記塗膜層を形成するアクリル樹脂中のポリシロキサン骨格の含有割合が５〜５０質量％である請求項１又は２記載の現像ローラ。
4. 上記塗膜層を形成するアクリル樹脂中のフロロアルキル骨格の含有割合が５〜５０質量％である請求項１〜３のいずれか１項に記載の現像ローラ。
5. 上記塗膜層を形成するアクリル樹脂のガラス移転点が２０℃以下である請求項１〜４のいずれか１項に記載の現像ローラ。
6. 静電潜像を担持した潜像保持体に現像剤を供給して該静電潜像を可視化する現像機構を具備した画像形成装置において、上記現像剤を潜像保持体に供給する現像ローラとして、請求項１〜５のいずれか１項に記載の現像ローラを用いたことを特徴とする画像形成装置。

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