JP4570385B2 - 現像ローラ及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、現像ローラ及び該現像ローラを備えた画像形成装置に関し、特に残留歪の小さい現像ローラに関するものである。

電子写真複写装置等の画像形成装置には、通常、ウレタン発泡体等からなる弾性層に表層（塗膜層）を配設してなる導電性の現像ローラが使用されている（特許文献１及び２参照）。しかしながら、該現像ローラは、カートリッジに組み込まれて長期間保管された場合、感光ドラムに長期間圧接されることによって、変形が生じ、該変形に起因して画像不良が発生するという問題があった。

特に、近年、高速且つ高耐久のカラープリンターにおいて、高品位な画像を得るために、上記現像ローラには、低硬度で且つ残留歪が小さいことが求められている。しかしながら、現像ローラを低硬度化すると、残留歪が大きくなる傾向があり、実際、通常使用されるウレタン発泡体からなる弾性層と表層とからなる現像ローラは、残留歪が大きく、該現像ローラを用いた場合、所望の画像品質を確保できないという問題があった。

特開２００２−７２６２８号公報 特開平８−２７２２１１号公報

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、残留歪が小さく、画像品質を改善することが可能な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、かかる現像ローラを備えた高品位な画像を形成することが可能な画像形成装置を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、ウレタン発泡体からなる弾性層と表層（塗膜層）からなる現像ローラにおいて、弾性層と表層との間に中間層を配設し、該中間層の残留歪の大きさを特定の範囲に規定することで、該現像ローラを組み込んだ画像形成装置の画像品質を改善できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

即ち、本発明の現像ローラは、ウレタン発泡体からなる弾性層と、該弾性層の外周面上に配置された中間層と、該中間層の外周面上に配置された表層とからなる円柱状の現像ローラにおいて、前記中間層の残留歪が2％以下であり、該中間層が、ポリエーテル鎖を有するウレタン樹脂又は、粒子内架橋構造を有するアクリルエマルジョンを含むものであることを特徴とする。ここで、本発明において、中間層の残留歪とは、該中間層を形成する材料を厚さ500μm、幅2cm、長さ5cmの短冊形状として、該短冊の表面に直径6mmの円柱状の金属棒を当接させ、該金属棒の両端に夫々500gの荷重をかけて室温で一週間放置した後の短冊に残留する凹み量の厚さに対する割合である。

本発明の現像ローラは、ローラのアスカーＣ硬度が60°以下であるのが好ましい。

本発明の現像ローラの好適例においては、前記中間層の厚さが10〜500μmである。

本発明の現像ローラの他の好適例においては、前記表層の体積抵抗値が10⁹Ω・cm以下である。

本発明の現像ローラの他の好適例においては、前記表層の中心線平均粗さ（Ｒａ）が0.1〜2.0μmである。

また、本発明の画像形成装置は、上記現像ローラを用いたことを特徴とする。

本発明によれば、ウレタン発泡体からなる弾性層と中間層と表層とからなる現像ローラにおいて、中間層の残留歪の大きさを特定の範囲に規定することで、画像品質を改善することが可能な現像ローラを提供するができる。また、該現像ローラを用いた、高品質な画像を形成することが可能な画像形成装置を提供することができる。

以下に、本発明の現像ローラを図１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は、シャフト１と、該シャフトの外周面上に形成されウレタン発泡体からなる弾性層２と、該弾性層の外周面上に配置された中間層３と、該中間層の外周面上に配置された表層４とからなり、中間層３の残留歪が2％以下である。本発明の現像ローラにおいては、弾性層２と表層４との間に、残留歪が2％以下の中間層３が配設されているため、現像ローラの残留歪が小さくなり、該現像ローラを組み込んだ画像形成装置の画像品質を改善することができる。なお、シャフト１としては、金属又はプラスチック製のシャフトを用いることができ、現像ローラの形態及び該現像ローラを組み込む画像形成装置の機構によっては、シャフト１を省略することもできる。

本発明の現像ローラの弾性層は、ウレタン発泡体からなる。該ウレタン発泡体は、発泡倍率が1.5〜50倍であるのが好ましく、密度が0.05〜0.9g/cm³であるのが好ましく、0.4〜0.5g/cm³であるのが更に好ましい。

上記弾性層には、弾性層の抵抗値を所望の範囲に調整するために、導電剤を添加することができる。該導電剤としては、ラウリルトリメチルアンモニウム、ステアリルトリメチルアンモニウム、オクタドデシルトリメチルアンモニウム、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、変性脂肪酸・ジメチルエチルアンモニウム塩の過塩素酸塩、塩素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、硫酸塩等の陽イオン性界面活性剤、脂肪族スルホン酸塩、高級アルコール硫酸エステル塩、高級アルコールエチレンオキサイド付加硫酸エステル塩、高級アルコールリン酸エステル塩、高級アルコールエチレンオキサイド付加リン酸エステル塩等の陰イオン界面活性剤、各種ベタイン等の両性イオン界面活性剤、高級アルコールエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、多価アルコール脂肪酸エステル等の非イオン性帯電防止剤、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＮａＣｌ₄、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＮａＳＣＮ、ＫＳＣＮ、ＮａＣｌ等の周期律表第１族の金属塩、Ｃａ（ＣｌＯ₄）₂等の周期律表第２族の金属塩等が挙げられる。また、それらと１，４−ブタンジオール、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール等の多価アルコールとの錯体、又はエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル等のモノオールとの錯体等のイオン導電剤、更には、ケッチェンブラックＥＣ、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、酸化処理を施したカラー（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、アンチモンドープの酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛、ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属及び金属酸化物、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等が挙げられる。これら導電剤の配合量は、特に限定されるものではなく、上記弾性層の体積抵抗率が10⁰〜10⁸Ω・cmの範囲になるように該導電剤を配合するのが好ましく、10²〜10⁶Ω・cmの範囲になるように配合するのが更に好ましい。

本発明の現像ローラの中間層は、残留歪が2％以下である。本発明において、中間層の残留歪の大きさは、厚さ500μmで2 cm×5 cmの大きさの形状の試験片の表面に直径6 mmの円柱状の金属棒を当接させ、該金属棒の両端に夫々500 gの荷重をかけて室温で一週間放置した後、試験片の当接部の凹み量を測定し、下記式：
式：残留歪＝試験片の凹み量／試験片の厚さ×１００（％）
から算出される。

本発明の現像ローラの中間層は、残留歪が2％以下である限り特に限定されるものではないが、該中間層の材料としては、水系樹脂を好適に用いることができる。該水系樹脂としては、水溶性タイプ、エマルジョンタイプ、サスペンジョンタイプ等のいずれのタイプでもよく、また、カルボキシル基、水酸基、アミノ基等の活性水素を有する水系樹脂が好ましい。該水系樹脂としては、ポリエステル系、アクリル系、ウレタン系、ポリジオキソラン等の温水可溶性の樹脂が挙げられ、これらの中でも、アクリル樹脂が好ましい。該アクリル樹脂としては、特に限定されるものではないが、ガラス転移温度が-60〜20℃のものが好ましく、-50〜10℃のものが更に好ましい。また、上記アクリル樹脂には、熱可塑性タイプと、自己架橋、メラミン架橋、イソシアネート架橋等の架橋タイプとがあるが、上記ガラス転移温度の範囲内のものであれば、いずれのタイプのものもでもよく、塗膜形成工程上及び硬度の面から熱可塑性タイプが好ましい。

上記中間層には、上記弾性層と同様に、導電剤を添加して導電性を調整することができ、中間層の体積抵抗率が10³〜10¹²Ω・cmの範囲になるように導電剤を添加するのが好ましく、10⁵〜10¹⁰Ω・cmの範囲になるように添加するのが更に好ましい。中間層に添加する導電剤としては、上記弾性層に添加する導電剤と同様のものを使用することができ、上記導電剤の中でもカーボンが特に好ましい。導電剤の添加量は、導電剤の種類に応じて適宜選択され、例えば、導電剤としてカーボンを用いた場合、0.01〜60質量％添加するのが好ましく、10〜40質量％添加するのが更に好ましい。

上記中間層には、必要に応じて増粘剤、チクソトロピー性付与剤、構造粘性付与剤等の添加剤を必要に応じて適量添加することができる。なお、上記中間層の厚さは、特に限定されるものではないが、上述した弾性層の柔軟性を損なわない観点から、10〜500μmの範囲にあるのが好ましい。

本発明の現像ローラの表層には、特に限定されるものではないが、ナイロン、ポリエステル、ウレタン変性アクリル樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、尿素樹脂、フッ素樹脂等の樹脂を用いることができ、これらの中でも、現像ローラの表面平滑性や感光ドラムとの低密着性の観点からフッ素樹脂が好ましい。

上記フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルフルオライド等が挙げられる。また、上記表層には、微粒子を水中に分散させたディスパージョンタイプの水系フッ素樹脂を用いるのが好ましく、ポリテトラフルオロエチレンの微粒子を水中に分散させたディスパージョンタイプの水系フッ素樹脂を用いるのが更に好ましい。ここで、フッ素樹脂微粒子の粒径は、5μm以下が好ましく、0.05〜1μmの範囲が更に好ましい。

上記表層には、上記フッ素樹脂と他の樹脂を混合して用いるのも好ましい。ここで、フッ素樹脂と混合して使用される樹脂としては、ポリビニルアセタール樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ナイロン樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニリデン系共重合体等が挙げられ、１種または２種以上を上記フッ素樹脂と混合して上記表層の形成に用いることができる。これらフッ素樹脂以外の樹脂の中でも、フッ素樹脂の塗膜化及び抵抗均一性の観点から、ポリビニルアセタール樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニリデン系共重合体が好ましく、ポリビニルアセタール樹脂が特に好ましい。

上記表層は、体積抵抗値が10⁹Ω・cm以下であるのが好ましい。該表層には、導電剤を添加して導電性を調整することができ、この場合、導電剤としては、特に限定されるものではないが、上記カーボンが好ましい。該導電剤の添加量は、所望の抵抗が得られるように適宜調整することができ、例えば、導電剤としてカーボンを用いた場合、該カーボンの添加量は、0.01〜40質量％の範囲が好ましく、5〜20質量％の範囲が更に好ましい。

上記表層には、必要に応じて増粘剤、チクソトロピー性付与剤、構造粘性付与剤等の添加剤を必要に応じて適量添加することができる。該表層の厚さは、特に制限されるものではないが、30μm以下が好ましく、5〜15μmの範囲が更にこのましい。表層の厚さが30μmを超えると、表層が硬くなって柔軟性が損なわれる場合があり、耐久性が低下して使用によりクラックが発生するおそれがある。

また、上記表層は、中心線平均粗さ（Ｒａ）が0.1〜2.0μmであるのが好ましい。Ｒａがこの範囲であれば、本発明の現像ローラを画像形成装置に組み込んだ場合、十分に良好な画像を形成することができる。

上記中間層及び表層の形成方法は、特に限定されるものではなく、これら各層を形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により塗布する方法が好ましく用いられる。

本発明の現像ローラは、アスカーＣ硬度が60°以下であるのが好ましい。アスカーＣ硬度が60°以下の低硬度なローラであれば、画像形成装置に組み込んだ場合に、十分に良好な画像を形成することができる。

本発明の現像ローラの抵抗値は、特に制限されるものではないが、良好な画像を得るために体積抵抗が10²〜10¹²Ω・cmの範囲にあるのが好ましく、10⁵〜10¹⁰Ω・cmの範囲にあるのが更に好ましい。

本発明の画像形成装置は、上述した現像ローラを用いることを特徴とする。以下に、図２を参照して本発明の画像形成装置を詳細に説明する。図２は、本発明の画像形成装置の一例の部分断面図である。図示例の画像形成装置は、トナー５を供給するためのトナー供給ローラ６と、静電潜像を保持した感光ドラム７と、トナー供給ローラ６と感光ドラム７との間に配置された現像ローラ８と、現像ローラ８に接触するように配置された現像ブレード９と、感光ドラム７に隣接する転写部１０と、感光ドラム７に接触するように配置されたクリーニングブレード１１とを備える。なお、本発明の画像形成装置は、更に画像形成装置に通常用いられる公知の部品（図示せず）を備えることができる。

トナー供給ローラ６と、現像ローラ８と、感光ドラム７とが、図中の矢印方向に回転することで、トナー供給ローラ６上のトナー５が現像ローラ８を経て感光ドラム７に送られる。トナー５は、現像ローラ８上で現像ブレード９により均一な薄層に整えられ、更に現像ローラ８と感光ドラム７とが接触しながら回転することにより、現像ローラ８から感光ドラム７の静電潜像に付着し、該潜像が可視化する。潜像に付着したトナー５は、転写部１０で紙等の記録媒体に転写され、また、転写後に感光ドラム７上に残留するトナー５は、クリーニング部のクリーニングブレード１１によって除去される。本発明の画像形成装置においては、現像ローラ８に上述の残留歪の小さい現像ローラを用いるため、高品質な画像を形成することができる。

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。

導電性のウレタン発泡体（密度0.4〜0.5g/cm³）からなる弾性層の表面に、厚さ50μmの中間層Ａ〜Ｄを形成し、該中間層の表面に厚さ20μmの表層（Ｒａ＝1.0μm）を形成して、各種現像ローラを作製した。また、中間層Ａ〜Ｄを形成する際に用いた塗料から、厚さ500μmの均一な塗膜フィルムを作製した。なお、中間層Ａに用いた塗料は、ポリエーテル鎖を有するウレタン樹脂のディスパージョン100重量部にケッチェンブラック3重量部を分散させた塗料からなり、中間層Ｂに用いた塗料は、粒子内架橋構造を有するアクリルエマルション100重量部にケッチェンブラック2.5重量部を分散させた塗料からなり、中間層Ｃに用いた塗料は、アクリルエマルション100重量部にケッチェンブラック2.5重量部を分散させた塗料からなり、中間層Ｄに用いた塗料は、水溶性アクリル樹脂100重量部にケッチェンブラック2.5重量部を分散させた塗料からなり、表層に用いた塗料は、含フッ素アクリル樹脂100重量部とＨＤＩ（ヘキサメチレンジイソシアネート）10重量部とケッチェンブラック3重量部とからなる。

作製した現像ローラの両端部に夫々500gの荷重をかけて感光ドラムに当接させて、50℃、95％ＲＨの恒温恒湿槽中で一週間放置した。次に、恒温恒湿槽から取り出した現像ローラをプリンターに装着し、画像を形成させた。当接した部分の線が画像に見られなかった場合を○とし、線が見られた場合を×とし、線が画像に僅かに見られる場合を△とし、○と△の中間の場合を○△とし、線がはっきりと見られた場合を××とした。また、作製した現像ローラのアスカーＣ硬度を、1kgの荷重の下で測定した。これらの結果を表１に示す。

また、作製した塗膜フィルムを2cm×5cmの形状に切り出し、切り出したフィルムの表面に直径6mmの円柱状の金属棒を当接させ、該金属棒の両端に夫々500gの荷重をかけて室温で一週間放置した。その後、塗膜フィルムの当接部の凹み量から、下記式：
式：残留歪＝塗膜フィルムの凹み量／塗膜フィルム厚さ×１００（％）
を用いて残留歪を算出した。結果を表１に示す。

表１から明らかなように、残留歪が2％以下の中間層を用いた実施例の現像ローラを画像形成装置に組み込むことで、該画像形成装置の画像品質を改善できることが分る。

本発明の現像ローラの一例の断面図である。 本発明の画像形成装置の一例の部分断面図である。

符号の説明

１ シャフト
２ 弾性層
３ 中間層
４ 表層
５ トナー
６ トナー供給ローラ
７ 感光ドラム
８ 現像ローラ
９ 現像ブレード
１０ 転写部
１１ クリーニングブレード

Claims (6)

1. ウレタン発泡体からなる弾性層と、該弾性層の外周面上に配置された中間層と、該中間層の外周面上に配置された表層とからなる円柱状の現像ローラにおいて、前記中間層の残留歪が2％以下であり、該中間層が、ポリエーテル鎖を有するウレタン樹脂又は、粒子内架橋構造を有するアクリルエマルジョンを含むものであることを特徴とする現像ローラ。
2. 前記現像ローラは、アスカーＣ硬度が60°以下であることを特徴とする請求項１に記載の現像ローラ。
3. 前記中間層の厚さが10〜500μmであることを特徴とする請求項１又は２に記載の現像ローラ。
4. 前記表層の体積抵抗値が10⁹Ω・cm以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の現像ローラ。
5. 前記表層の中心線平均粗さ（Ｒａ）が0.1〜2.0μmであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の現像ローラ。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の現像ローラを用いた画像形成装置。

Images