JP2008287230A - 現像ローラ、現像ローラの製造方法、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】導電性の弾性層700と、表面層701とを有している現像ローラであって、弾性層700は、カーボンブラックとシリコーンゴムとを含みカーボンブラックの含有量が弾性層に対して7質量%乃至17質量%であり、かつカーボンブラックは粒径個数分布の最小径ピーク中心が10nm乃至40nmの範囲にあり、弾性層の密度が1.01g/cm3乃至1.07g/cm3の範囲にあり、更に弾性層の表面近傍における炭素原子とケイ素原子との比率(C/Si)をX、弾性層の表面からの深さ100μmにおける炭素原子とケイ素原子との比率をY、弾性層の表面からの深さ200μmにおける炭素原子とケイ素原子との比率をZとしたとき、X、Y及びZが特定の関係を満足する現像ローラ。
【選択図】図7
Description
導電性の軸芯体と、該軸芯体の周囲に形成された厚さ0.5mm乃至6.0mmの導電性の弾性層と、表面層とを有している現像ローラであって、
該弾性層は、カーボンブラックと、該カーボンブラックのバインダーとしてのシリコーンゴムとを含み、該カーボンブラックの含有量が、該弾性層に対して7質量%乃至17質量%であり、かつ該弾性層中の該カーボンブラックは、その粒径個数分布において少なくとも2つのピークを有し、該粒径個数分布の最小径ピーク中心が10nm乃至40nmの範囲にあり、
該弾性層の密度が1.01g/cm3乃至1.07g/cm3の範囲にあり、更に、該弾性層の表面近傍における炭素原子とケイ素原子との比率(C/Si)をX、表面からの深さ100μmにおける炭素原子とケイ素原子との比率をY、表面からの深さ200μmにおける炭素原子とケイ素原子との比率をZとしたとき、X、Y及びZが下記式(1)及び(2)の関係を満足することを特徴とする:
1.50≧X/Y≧1.10・・・(1)
1.10≧Y/Z≧1.02・・・(2)。
1.50≧X/Y≧1.10・・・(1)
1.10≧Y/Z≧1.02・・・(2)。
弾性層を構成するバインダーとしては、シリコーンゴムを用いる。適度に低硬度であり良好な変形回復力を持たせることができるためである。
SAF(Super Abrasion Furnace)、
ISAF(Intermediate Super Abrasion Furnace)、
HAF(High Abrasion Furnace)、
MAF(Medium Abrasion Furnace)、
FEF(Fast Extruding Furnace)、
GPF(General Purpose Furnace)、
SRF(Semi Reinforcing Furnace)、
FT(Fine Thermal)、
MT(Medium Thermal)。
本発明に係る現像ローラの調製方法について説明する。
1)白黒の単色画像形成装置。
2)転写ローラや転写ベルトに一旦各色のトナー像を重ねてカラー画像を形成し、一括して転写する画像形成装置。
3)各色の現像ユニットがロータ上に配置されたり、感光体に並列して配置されたりした画像形成装置等。
カーボンブラック(CB)の粒径は以下の方法により求められる値とすることができる。
当該20000個の粒子から求めた粒子径をヒストグラム上で表す。図5で表すように、得られたヒストグラム中のいくつかのピークから最小径のもの(グラフで一番左側のピーク)をAとする。このとき、最も高い位置(個数の多いところ)をピーク中心とする。また、得られたいくつかのピークからAの割合を求めたものが、ピークAの個数比割合となる。
ローラの弾性層中からサンプルを切り取り、固体密度測定装置(商品名:SGM−200;島津製作所製)にて測定した。一回の測定に約3ccのサンプルを使用し、3回分のサンプル9ccを取り出して3回測定した平均値を弾性層の密度とした
ローラ長手方向の弾性層部を4等分する3箇所のさらに深さ方向3箇所(表面付近、表面と軸芯体の中間、軸芯体付近)の計9箇所から、それぞれサンプル10mgを試料として採取した。JIS K6227:1998に準拠して、理学電気株式会社製 ThermoPlus2 TG8120を用いて測定し、平均値を測定データとした。
ローラの側面から垂直に鋭利な刃物を投入して軸心体まで到達させて、数ミリ程度の厚みの輪切りにし、断面観察できるような試料とする。ローラ長手方向の弾性層部を4等分する3箇所から試料を取り出して、後述する所定の位置を測定し3個のデータからの平均値を用いて測定データとした。
C/Si元素比率測定法と同様にして試料を取り出した。ローラ長手方向の弾性層部を4等分する3箇所から試料を取り出して、それぞれ重ならないように10枚の画像を撮影した。図8(A)に示すように、倍率10000倍の直接観察画像を用いて、画像中に見られる粒子状のものからすべての凝集単位に分別する。それぞれの凝集単位を選択し、図8(B)に示したように、その粒子が画像上の60%以上を占めるように電子線照射エリアを絞って照射を行った。測定装置には電子顕微鏡(商品名:S4800;日立製作所製)に付属のエネルギー分散型X線分析装置(EDAX社製)を用い、加速電圧10kV、取り込み時間100秒で原子比率(Atomic%)を測定した。このときの炭素(C)のAtomic%と酸素(O)のAtomic%の比率(C/O)が2.0以上のものをカーボンブラック粒子とし、2.0未満のものをカーボンブラック以外の粒子とした。30枚の画像からカーボンブラックとそれ以外の粒子の面積を合計し、そのうちのカーボンブラック粒子の面積を割合として算出した。
本発明の導電性ローラの抵抗値は、各環境(高温高湿:温度30度、湿度85%RH、低温低湿:温度15℃、湿度10%RH)に24時間以上放置した。その後、各環境下で現像剤担持体を円柱状の金属性ローラ(直径30mm)に片側500gの定圧荷重で押し当て、60rpmで回転させ50Vの直流電圧を印加したときの抵抗値を測定したものである。
ローラの側面から垂直に鋭利な刃物を投入して軸心体まで到達させて、断面観察できるような試料とする。図9(A)に示すように、ローラ長手方向のゴム部を4等分する3箇所の試料を用いて、最も肉厚の厚い層をビデオマイクロ(商品名:VHX100;キーエンス社製)で測定し3個のデータからの平均値を用いて弾性層の厚み(図9(B))とした。
粘弾性測定装置(商品名:RheoStress600;Haake社製)による液状ゴム材料の降伏応力測定法を以下に記す。
現像ローラを図2中の208に示すような現像カートリッジに組み込んだ。このカートリッジを温度15℃、湿度10%の環境に24時間放置した後、同環境において画像形成装置本体(商品名:Color Laser Jet3700(600dpi);HP社製)を1200dpiに改造したものに搭載した。そして、ゴースト評価用画像として15mm×15mmのベタ(ソリッド)領域(マクベス濃度計での測定値:1.3)を15mm間隔で横一列に配置し、その下部にハーフトーン領域(マクベス濃度計での測定値:0.3)が配置したパターン画像を出力した。
A:ゴーストがまったく確認されず画像上良好なもの;
B:わずかにゴーストが確認されたが肉眼ではほとんど見えず画像上問題とならないもの;
C:現像ローラピッチで一周分のゴーストがわずかに確認されたが画像上問題とならないもの;
D:現像ローラピッチで何周にも渡ってゴーストが発生し画像上問題となるもの;
E:現像ローラの寸法精度が得られないため印字ムラがひどく画像評価できないもの;
F:バイアスリークによりスジが発生し画像上問題となるもの。
(液状シリコーンゴム組成物の配合)
下記の材料を混合して液状シリコーンゴム組成物を調製した。
・分子鎖両末端ジメチルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン(ビニル基含有量0.15質量%):100部、
・架橋剤としての分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン−メチルハイドロジェンシロキサン共重合体(Si原子に結合するH含有量0.30質量%):1.5部、
・塩化白金酸とジビニルテトラメチルジシロキサンとの錯体(0.5質量%):0.5部、
・1−エチル−1−シクロヘキサノール:0.04部、
・カーボンブラック(CB−1):5.7部、
・カーボンブラック(CB−5):7.9部。
図1に示すリング型の塗工ヘッドを有するリングコート機の軸芯体保持軸(軸芯体上保持軸10及び軸芯体下保持軸9)で外径の直径が6mmの鉄製軸芯体をクランプした。
以下の材料を、メチルエチルケトン(MEK)を加え、サンドミルで1時間分散した。
・ポリウレタンポリオールプレポリマー(商品名:タケラックTE5060;三井武田ケミカル社製):100部、
・イソシアネート(商品名:コロネート2521;日本ポリウレタン株式会社製):77部、
・カーボンブラック(商品名:MA100;三菱化学社製)24部。
カーボンブラックを以下のものに換えた以外は、実施例1と同様にして表面層付きの弾性ローラを製造した。この弾性ローラを現像ローラ2として用いて、実施例1と同様に画像評価を行った。表面層の各種物性を表3−1及び表3−2に示す。画像評価の結果を表3−3に示す。
・カーボンブラック(CB−2):14.5部、
・カーボンブラック(CB−4):6.0部。
カーボンブラックを以下のものに換えた以外は実施例1と同様にして表面層付きの弾性ローラを得た。この弾性ローラを現像ローラ3として用いて、実施例1と同様に画像評価を行った。表面層の各種物性を表3−1及び表3−2に示す。画像評価の結果を表3−3に示す。
・カーボンブラック(CB−3):4.3部、
・カーボンブラック(CB−5):3.2部。
鉄製軸心体として外径が11mm(両端部は外径6mmのまま)のものを用いた以外は、実施例1と同様にして表面層付きの弾性ローラを製造した。この弾性ローラを現像ローラ4として用いて実施例1と同様に画像評価を行った。表面層の各種物性を表3−1及び表3−2に示す。画像評価の結果を表3−3に示す。
鉄製軸心体として外径が4mm(両端部は6mmのまま)を用いると共に弾性層の厚さが6.0mmとなるように液状シリコーンゴム組成物の吐出量を調整した。それ以外は、実施例1と同様にして表面層付きの弾性ローラを製造した。この弾性ローラを現像ローラ5として用いて、実施例1と同様に画像評価を行った。表面層の各種物性を表3−1及び表3−2に示す。画像評価の結果を表3−3に示す。
カーボンブラックの添加量を下記の通りとし、またシリカ(平均一次粒径1.7μm、Nipsil E−220A、日本シリカ工業製)を0.7部配合したシリコーンゴム組成物を用いた以外は実施例1と同様にして表面層付きの弾性ローラを得た。この弾性ローラを現像ローラ6として用いて実施例1と同様に画像評価を行った。表面層の各種物性を表3−1及び表3−2に示す。画像評価の結果を表3−3に示す。
・カーボンブラック(CB−1):5.7部、
・カーボンブラック(CB−5):8.0部。
カーボンブラックを以下のものに換えた以外は実施例1と同様にして表面層付きの弾性ローラを得た。これを現像ローラ7として用いて、実施例1と同様に画像評価を行った。表面層の各種物性を表3−1及び表3−2に示す。画像評価の結果を表3−3に示す。
・カーボンブラック(CB−3):2.8部、
・カーボンブラック(CB−4):10.7部。
カーボンブラックを以下のものに換えた以外は実施例1と同様にして表面層付きの弾性ローラを得た。これを現像ローラ8として用いて実施例1と同様に画像評価を行った。表面層の各種物性を表3−1及び表3−2に示す。画像評価の結果を表3−3に示す。
・カーボンブラック(CB−2):9.0部、
・カーボンブラック(CB−5):3.4部。
カーボンブラックに以下のものに換えた以外は実施例1と同様にして表面層付きの弾性ローラを得た。この弾性ローラを現像ローラ9として用いて実施例1と同様に画像評価を行った。表面層の各種物性を表3−1及び表3−2に示す。画像評価の結果を表3−3に示す。
・カーボンブラック(CB−1):4.5部、
・カーボンブラック(CB−4):3.4部、
・カーボンブラック(CB−5):4.5部。
シリカの量を1.7部とした以外は実施例6と同様にして表面層付きの弾性ローラを得た。これを現像ローラ10として用いて実施例1と同様に画像評価を行った。表面層の各種物性を表3−1及び表3−2に示す。画像評価の結果を表3−3に示す。
材料吐出量を弾性層の厚さが6.5mmとなるようにした以外は実施例5と同様にして表面層付きの弾性ローラを得た。これを現像ローラ11として用いて実施例1と同様に画像評価を行った。表面層の各種物性を表3−1及び表3−2に示す。画像評価の結果を表3−3に示す。
カーボンブラックを以下のものに換えた以外は実施例1と同様にして表面層付きの弾性ローラを得た。これを現像ローラ12として用いて実施例1と同様に画像評価を行った。表面層の各種物性を表3−1及び表3−2に示す。画像評価の結果を表3−3に示す。
・カーボンブラック(CB−2):3.2部、
・カーボンブラック(CB−4):2.1部。
カーボンブラックを以下のものに換えた以外は実施例1と同様にして表面層付きの弾性ローラを得た。これを現像ローラ13として用いて実施例1と同様に画像評価を行った。表面層の各種物性を表3−1及び表3−2に示す。画像評価の結果を表3−3に示す。
・カーボンブラック(CB−1):7.5部、
・カーボンブラック(CB−5):17.5部。
カーボンブラックを以下のものに換えた以外は実施例1と同様にして表面層付きの弾性ローラを得た。これを現像ローラ14として用いて実施例1と同様に画像評価を行った。表面層の各種物性を表3−1及び表3−2に示す。画像評価の結果を表3−3に示す。
・カーボンブラック(CB−4):5.7部、
・カーボンブラック(CB−5):7.9部。
カーボンブラックを以下のものに換えた以外は実施例1と同様にして表面層付きの弾性ローラを得た。これを現像ローラ15として用いて実施例1と同様に画像評価を行った。表面層の各種物性を表3−1及び表3−2に示す。画像評価の結果を表3−3に示す。
・カーボンブラック(CB−6):5.7部、
・カーボンブラック(CB−4):7.9部。
カーボンブラックを以下のものに換えた以外は実施例1と同様にして表面層付きの弾性ローラを得た。これを現像ローラ16として用いて実施例1と同様に画像評価を行った。表面層の各種物性を表3−1及び表3−2に示す。画像評価の結果を表3−3に示す。
・カーボンブラック(CB−1):13.6部。
カーボンブラックを以下のものに換えた以外は実施例1と同様にして表面層を形成する前の弾性ローラを調製した。
・カーボンブラック(CB−6):5.7部、
・カーボンブラック(CB−4):7.9部。
カーボンブラックを以下のものに換えた以外は実施例1と同様にして弾性層形成用の液状シリコーンゴム組成物を調製した。この液状シリコーンゴム組成物を用いると共に吐出速度を4972mm3/秒とした以外は実施例1と同様にして軸芯体の周面に第1の弾性層を形成して直径11.8mmの弾性ローラを得た。
・カーボンブラック(CB−4):5.7部、
・カーボンブラック(CB−5):7.9部。
・カーボンブラック(CB−1):27.0部。
表3−3に示すように実施例1乃至実施例11で得られた現像ローラは評価上問題となるようなゴースト画像は発生しなかった。特に、実施例1、実施例5で得られた、弾性層表面近傍のカーボンブラック傾斜が強い現像ローラにおいては、ゴースト残像が全く確認されず、さらにバイアスリークの発生しない非常に良好な画像が得られた。
2 コラム
3 ボールネジ
4 LMガイド
5 サーボモータ
6 プーリ
7 ブラケット
8 塗工ヘッド
9 軸芯体下保持軸
10 軸芯体上保持軸
11 供給口
12 配管
13 材料供給弁
14 リニアガイド
101 液状シリコーンゴム組成物からなる未硬化物の層
102 軸芯体
201 現像ローラ
205 感光体(感光ドラム)
206 帯電装置
207 画像露光装置(書き込みビーム)
208 現像装置
209 クリーニング装置
210 画像転写装置(転写ローラ)
211 転写材(紙)
212a−d 画像形成ユニット
213 一成分トナー
214 現像容器
215 トナー供給ローラ
216 現像ブレ−ド
217 転写搬送ベルト
218 駆動ローラ
219 テンションローラ
220 従動ローラ
221 吸着ローラ
222 供給ローラ
223 剥離装置
224 定着装置
225 吸着ローラバイアス電源
226 画像転写装置バイアス電源
700 弾性層
701 弾性層表面
Claims (6)
- 導電性の軸芯体と、該軸芯体の周囲に形成された厚さ0.5mm乃至6.0mmの導電性の弾性層と、表面層とを有している現像ローラであって、
該弾性層は、カーボンブラックと、該カーボンブラックのバインダーとしてのシリコーンゴムとを含み、該カーボンブラックの含有量が、該弾性層に対して7質量%乃至17質量%であり、かつ該弾性層中の該カーボンブラックは、その粒径個数分布において少なくとも2つのピークを有し、該粒径個数分布の最小径ピーク中心が10nm乃至40nmの範囲にあり、
該弾性層の密度が1.01g/cm3乃至1.07g/cm3の範囲にあり、更に、
該弾性層の表面近傍における炭素原子とケイ素原子との比率(C/Si)をX、該弾性層の表面からの深さ100μmにおける炭素原子とケイ素原子との比率をY、該弾性層の表面からの深さ200μmにおける炭素原子とケイ素原子との比率をZとしたとき、X、Y及びZが下記式(1)及び(2)の関係を満足することを特徴とする現像ローラ:
1.50≧X/Y≧1.10・・・(1)
1.10≧Y/Z≧1.02・・・(2)。 - 前記粒径個数分布における最小径ピークのピーク位置個数比の割合が25%以上70%以下である請求項1に記載の現像ローラ。
- 前記シリコーンゴム中の全フィラー中の前記カーボンブラックの面積相当割合が、95%以上100%以下である請求項1又は2に記載の現像ローラ。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載の現像ローラの製造方法であって、
軸芯体の外周側に該軸芯体と同芯となるようにリング型の塗工ヘッドを配し、該軸芯体を該塗工ヘッドに対して相対的に軸方向に移動させつつ、該塗工ヘッドから液状シリコーンゴム組成物を該軸芯体の周囲に向けて供給し、該軸芯体の周囲に該液状シリコーンゴム組成物の層を形成する工程と、
該液状シリコーンゴム組成物を硬化させる工程と、を有し、
該液状シリコーンゴム組成物が、粒径個数分布において少なくとも2つのピークを有し、該粒径個数分布の最小径ピーク中心が10nm以上40nm以下の範囲にあるようにカーボンブラックが液状シリコーンゴムに配合されたものであることを特徴とする現像ローラの製造方法。 - 現像ローラと、現像剤と、該現像剤を収容している現像容器とを有する現像装置を有し、画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジであって、該現像ローラが、請求項1乃至3のいずれかに記載の現像ローラであることを特徴とするプロセスカートリッジ。
- 現像ローラの表面に現像剤の層を形成し、静電潜像が形成された感光体に該現像剤の層を搬送して該静電潜像を現像する画像形成装置であって、該現像ローラが、請求項1乃至3のいずれかに記載の現像ローラであることを特徴とする画像形成装置。
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