JP4498650B2

JP4498650B2 - 現像ロール

Info

Publication number: JP4498650B2
Application number: JP2001401794A
Authority: JP
Inventors: 公一志鶴; 直樹平川; 慎岩村
Original assignee: Synztec Co Ltd
Current assignee: Synztec Co Ltd
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2021-12-28
Also published as: JP2003202750A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真式複写機及びプリンタなどの画像形成装置に用いられる現像ロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像形成装置に用いられる現像ロールとしては、ポリウレタン素材に過塩素酸リチウム等のイオン導電剤を添加したものが用いられている。
【０００３】
このようなイオン導電剤を添加した現像ロールは、環境変動による電気抵抗値の変動が大きいという欠点を有している。すなわち、低温低湿環境下では抵抗値が上昇してトナー帯電量が不足し、一方、高温高湿条件下では抵抗値が低下してトナーのカブリが見られ、何れも画像の不具合の原因となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、カーボンブラックにより導電性を付与した現像ロールも検討されているが、この場合、環境依存性は比較的小さいが、印加電圧の大小により電気抵抗値が大きく変化するという問題があった。また、電気抵抗値にバラツキが生じ、所定の電気抵抗値に設定できないという問題があった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑み、電気抵抗値のバラツキを抑えて所定の電気抵抗値を得ることができ、安定して使用できる現像ロールを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の第１の態様は、芯金の外周に導電性ポリウレタンゴムを主体としたゴムからなる弾性層を有する現像ロールにおいて、前記導電性ポリウレタンが、導電性カーボンブラックを主体とする少なくとも一種のカーボンブラックを含有してイオン導電剤を含まないエーテル系ポリウレタンからなり且つ前記弾性層表面にはイソシアネート化合物を有機溶剤に溶解させた表面処理液を含浸させ、加熱処理してイソシアネートを硬化させて形成した表面処理層が設けられて当該表面処理層が設けられた表面から内方に向かって電気抵抗値が漸減するように傾斜しており、当該ロールに５Ｖ、５０Ｖ及び１００Ｖをそれぞれ印加した際の電気抵抗値Ｒｖ_５、Ｒｖ_５０及びＲｖ_１００が５×１０^５〜５×１０^８の範囲にあり且つ下記式を満足することを特徴とする現像ロールにある。
【０００７】
【数２】
ｌｏｇＲｖ_５／ｌｏｇＲｖ_５０＝１．１５±０．１
ｌｏｇＲｖ_１００／ｌｏｇＲｖ_５０＝０．９３±０．１
【０００８】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、当該現像ロールの電気抵抗値の表面全体に亘った最大値及び最小値の比（最大値／最小値）が、３０以下であることを特徴とする現像ロールにある。
【０００９】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記カーボンブラックを前記ポリウレタンの主原料であるエーテル系ポリオールに粒度が２０μｍ以下となるように分散して添加したことを特徴とする現像ロールにある。
【００１０】
本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記カーボンブラックの添加量が、前記エーテル系ポリオール１００重量部に対して８重量部以下であることを特徴とする現像ロールにある。
【００１２】
本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様において、前記弾性層の圧縮永久ひずみが３％以下であることを特徴とする現像ロールにある。
【００１３】
かかる本発明では、導電性カーボンブラックを主体とする少なくとも一種のカーボンブラックを含有するエーテル系ポリウレタンからなり且つ前記弾性層表面にはイソシアネートを含む表面処理液により表面処理された表面処理層が設けられているので、電気抵抗値にバラツキが小さくなり、所定の電気抵抗値を有する現像ロールを得られるようになった。すなわち、本発明では、表面処理層が形成された領域のカーボンブラックのストラクチャーが表面から内方に亘って徐々に切断されて電気抵抗値が徐々に小さくなるように傾斜した傾斜抵抗層が形成されており、カーボンブラックの添加量と傾斜抵抗層とを適宜設定することにより、所定の電気抵抗値が得られるようになった。
【００１４】
かかる本発明では、導電性カーボンブラックを主体とする少なくとも一種のカーボンブラックを含有するエーテル系ポリウレタンからなり且つ前記弾性層表面にはイソシアネートを含む表面処理液により表面処理された表面処理層が設けられているので、電気抵抗値にバラツキが小さくなり、所定の電気抵抗値を有する現像ロールを得られるようになった。すなわち、本発明では、表面処理層が形成された領域のカーボンブラックのストラクチャーが表面から内方に亘って徐々に切断されて電気抵抗値が徐々に小さくなるように傾斜した傾斜抵抗層が形成されており、カーボンブラックの添加量と傾斜抵抗層とを適宜設定することにより、所定の電気抵抗値が得られるようになった。
【００１５】
また、本発明の現像ロールは、カーボンブラックにより導電性を付与し、イオン導電剤を含んでいないので、電気抵抗値の環境依存性は極めて小さいが、電気抵抗値は印加電圧に依存して変化する。しかしながら、５Ｖ、５０Ｖ及び１００Ｖをそれぞれ印加した際の電気抵抗値Ｒｖ_５、Ｒｖ_５０及びＲｖ_１００が５×１０^５〜５×１０^８Ωの範囲にあり且つ上述した式を満足するものであれば、使用する機器の印加電圧で所定の電気抵抗値が得られるように設定すれば、安定して使用できることがわかった。
【００１６】
本発明の弾性部材の基材となるエーテル系ポリウレタンは、エーテル系ポリオールを主体とするポリオールとポリイソシアネートとを反応することにより得られる、いわゆる注型タイプのポリウレタンである。これは永久圧縮ひずみを小さくするためである。なお、エーテル系ポリウレタンでもミラブルタイプとすると圧縮永久ひずみが十分に小さくすることができない。一方、エステル系ポリウレタンを用いた場合には、加水分解特性が悪く、長期に亘って安定して使用できない。
【００１７】
弾性層の圧縮永久ひずみ（ＪＩＳＫ６２６２）は、３％以下となるようにするのが好ましい。これより大きくなると、帯電量にバラツキが生じてしまうからである。
【００１８】
ポリエーテルジオールと反応させるジイソシアネートとしては、例えば、２，４−トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、パラフェニレンジイソシアネート（ＰＰＤＩ）、１，５−ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、３，３−ジメチルジフェニル−４，４’−ジイソシアネート（ＴＯＤＩ）、及びこれらのイソシアネートを両末端に有するプレポリマー等の変性体や多量体などを挙げることができる。
【００１９】
また、本発明で用いるカーボンブラックは、通常、充填剤として使用されるカーボンブラックではなく、導電性カーボンブラックを主体として使用する。導電性カーボンブラックは添加量のバラツキにより発現する電気抵抗値が大きく変化するので、従来、使用が敬遠されていたが、本発明では、導電性カーボンブラックを添加した導電性ポリウレタンに所定の表面処理を行って、表面処理された領域のカーボンブラックのストラクチャーを切断して傾斜抵抗層を形成するようにすることにより、狙いの電気抵抗値が安定して得られるようになった。なお、導電性カーボンブラックは、それ単独で用いてもよいが、通常のカーボンブラックを併用してもよい。
【００２０】
カーボンブラックは、ポリウレタンの原料、好ましくはポリオールと均一に分散するのが好ましく、粒度が２０μｍ以下となるように分散させた状態でポリイソシアネートと反応させるのが好ましい。
【００２１】
このようにカーボンブラックを均一に分散させると、当該現像ロールの電気抵抗値の表面全体に亘ったバラツキが小さくなり、その最大値及び最小値の比（最大値／最小値）が、３０以下となるようにすることができる。
【００２２】
なお、カーボンブラックの添加量は、狙いの電気抵抗値によって異なるが、エーテル系ポリオール１００重量部に対して８重量部以下とするのが好ましい。これより多く添加すると、成形が困難になるからである。
【００２３】
一方、弾性体の表面は、上述したようにイソシアネート化合物を含浸させて硬化させたイソシアネート処理により表面処理されている必要がある。ここで、使用する表面処理液は、イソシアネート化合物を有機溶剤に溶解させたもの、さらには、これにカーボンブラックを添加したものを用いることができる。また、アクリルフッ素系ポリマー及びアクリルシリコーン系ポリマーから選択される少なくとも１種のポリマーと、導電性付与剤と、イソシアネート成分とを含有する表面処理液を用いることもできる。
【００２４】
ここで、イソシアネート化合物としては、２，６−トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、４，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、パラフェニレンジイソシアネート（ＰＰＤＩ）、１，５−ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）及び３，３−ジメチルジフェニル−４，４′−ジイソシアネート（ＴＯＤＩ）および前記記載の多量体および変性体などを挙げることができる。
【００２５】
なお、本発明の現像ロールとして安定して使用するためには、円周方向に亘って測った表面粗さＲｚが、８μｍ以下であるのが好ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２７】
(実施例１)
〈ロールの製法〉ポリエーテル系ポリオールであるＰＰ−２０００（三洋化成社製）１００重量部に、ケッチェンブラックＥＣ（ケッチェンブラックインターナショナル社製）を３重量部添加し、粒度が２０μｍ以下となる程度まで分散させ、１００℃に温調し、Ａ液を得た。一方、モディパーＦ６００（日本油脂社製）２０重量部にジフェニルメタンジイソシアネート４重量部、コロネートＣ−ＨＸ（日本ポリウレタン社製）１２重量部を添加・混合し、１２０℃にて１５分間反応させ、Ｂ液を得た。このＡ液とＢ液とを混合し、あらかじめシャフト（φ：８ｍｍ、ｌ：２７０ｍｍ）が配置されている１２０℃に予熱された金型に注入し、１２０℃にて１２０分間加熱し、両端部を除くシャフト表面に導電性ポリウレタン層が形成されたロールを得た。この状態での５０Ｖ印加時の電気抵抗値は１．４６×１０^４Ωであった。
【００２８】
〈表面処理液の調製〉ＫＦ−６００１（信越化学社製）５０重量部、ＭＲ４００（日本ポリウレタン社製）２０重量部を添加・混合し、１２０℃で１５分間反応させた後、酢酸エチル１８０重量部に溶解させる。この溶液の溶質中におけるシロキサン結合単位は約６０重量％であった。
〈ロールの表面処理〉表面処理液を２０℃に保ったまま、前記ロールを３０秒間浸漬後、１００℃に保持されたオーブンで１０時間加熱し、表面が高硬度の現像ロールを得た。このロールの硬度は４７°（ＪＩＳＡ）であり、ロール抵抗値は５０Ｖ印加時で２×１０⁷Ωであった。
【００２９】
（実施例２）
カーボンブラックとして、ケッチェンブラックＥＣ−６００ＪＤ（ケッチェンブラックインターナショナル社製）を２重量部と旭♯６０（旭カーボン社製）４重量部とを用いた以外は実施例１と同様にして現像ロールを得た。ロールの硬度は５４°（ＪＩＳＡ）であり、ロール抵抗値は５０Ｖ印加時で６×１０^６Ωであった。
【００３０】
（比較例１）
カーボンブラックの代わりに、過塩素酸リチウムを０．１重量部添加した以外は、実施例１と同様にして現像ロールを得た。このロールの硬度は４７°（ＪＩＳＡ）であり、ロール抵抗値は５０Ｖ印加時で６．３９×１０^６Ωであった。
【００３１】
（比較例２）
表面処理を行わない以外は実施例１と同様にして現像ロールを作成した。５０Ｖ印加時の電気抵抗値は３．９２×１０^４Ωであった。
【００３２】
（比較例３）
エピクロルヒドリンゴム（ダイソー製エピクロマーＣＧ１０２）１００重量部に対し、酸化亜鉛５重量部、導電材としてのケッチェンブラックＥＣ５重量部、加硫剤としての２−メルカプトイミダゾリン（アクセル２２）２重量部を、それぞれ添加してロールミキサーで混練りし、プレス成形した。
【００３３】
（試験例１）電気抵抗値の電圧依存性
実施例１及び比較例１の現像ロールについて、印加電圧を５Ｖ、１０Ｖ、５０Ｖ、１００Ｖ、５００Ｖと変化させた際の電気抵抗値を測定した。電気抵抗値の測定は、現像ロールをＳＵＳ３０４板からなる電極部材の上に置いて芯金に５００ｇ荷重をかけた状態で、各電圧を３０秒間印加した後、芯金と電極部材との間の抵抗値を、ＵＬＴＲＡＨＩＧＨＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥＭＥＴＥＲＲ８３４０Ａ（株式会社アドバンテスト製）を用いて測定した。その結果を下記表１に示す。
【００３４】
また、実施例１及び比較例１について、ｌｏｇＲｖ_５、ｌｏｇＲｖ_５０およびｌｏｇＲｖ_１００、並びに［ｌｏｇＲｖ_５／ｌｏｇＲｖ_５０］および［ｌｏｇＲｖ_１００／ｌｏｇＲｖ_５０］を算出した結果を表２に示す。
【００３５】
これらの結果、電子導電タイプの実施例１の現像ロールは、比較例１と比較して印加電圧により電気抵抗値は変化するが、狙った所定の範囲の電気抵抗値が得られることがわかった。
【００３６】
なお、このように製造した実施例１は所定の範囲に電気抵抗値が設定され、［ｌｏｇＲｖ_５／ｌｏｇＲｖ_５０］＝１．１５±０．１、［ｌｏｇＲｖ_１００／ｌｏｇＲｖ_５０］＝０．９３±０．１の条件を満足するものであった。
【００３７】
【表１】

【００３８】
【表２】

【００３９】
（試験例２）電気抵抗値の環境依存性
実施例１及び比較例１の現像ロールについて、Ｌ／Ｌ環境（１０℃、３０％ＲＨ）、Ｎ／Ｎ環境（２５℃、５０％ＲＨ）、及びＨ／Ｈ環境（３５℃、８５％ＲＨ）で、５０Ｖ印加したときの電気抵抗値を測定し、環境依存性を観察した。この結果を表３に示す。
【００４０】
【表３】

【００４１】
この結果、実施例１の現像ロールは比較例１の現像ロールと比較して電気抵抗値の環境依存性が著しく小さいことがわかった。また、両者を市販のプリンタに搭載して画像を評価したところ、比較例１ではＬ／Ｌ環境下でトナー濃度が薄くなる傾向にあり、また、Ｈ／Ｈ環境下ではカブリ現象が発生したが、実施例１の現像ロールでは何れの環境でも良好な画像が得られた。
【００４２】
（試験例３）
実施例１の現像ロールについて、０．１ｍｍの厚さずつ研磨しながら、５０Ｖ印加時の電気抵抗値を測定した結果を表４及び図１に示す。また、比較のため、比較例２の現像ロールについて同様に研磨しながら５０Ｖ印加時の電気抵抗値を測定した結果を表４に示す。
【００４３】
この結果より、実施例１の現像ロールは、表面から厚さ０．４ｍｍ程度の領域まで、電気抵抗値が傾斜している傾斜抵抗層となっており、表面ほど電気抵抗値が高いことがわかった。
【００４４】
【表４】

【００４５】
（試験例４）
実施例１及び比較例３と同様の処方で直径２９．０±０．５ｍｍで、厚さ１２．５ｍｍの試験片を作成し、ＪＩＳＫ６２６２の方法に準じて圧縮永久ひずみ（％）を測定した。結果を表５に示す。
【００４６】
この結果、実施例１のものは、圧縮永久ひずみが比較例３と比較して著しく小さいことがわかった。
【００４７】
（試験例５）
実施例１及び比較例３の現像ロールを市販のプリンタに実装し、１週間感光体に当接させた後の画像評価を行った結果を表５に示す。
【００４８】
この結果、実施例１の現像ロールを用いた場合には、正常な画像が得られたが、比較例３の現像ロールを用いた場合には、ロールピッチでスジ状の不具合が発生した。
【００４９】
【表５】

【００５０】
（試験例６）
実施例１および比較例１の常温常湿環境（２３℃×５５％ＲＨ）に保持したときのロール内の電気抵抗値バラツキを測定した。電気抵抗値の測定方法は試験例１と同様であり、周方向に４５°ずつ回転させて回転方向に亘って８ヶ所測定した。その結果を下記表６に示す。
【００５１】
【表６】

【００５２】
この結果、実施例１の現像ロールは、電気抵抗値のバラツキが比較例１と比較して著しく小さいことがわかった。また、これらの現像ロールを市販のプリンタに搭載して画像を評価したところ、比較例１の現像ロールではトナーの濃度ムラが見られたが、実施例１の現像ロールでは、トナーの濃度ムラが見られず、鮮明な画像が得られた。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、導電性カーボンブラックを主体とする少なくとも一種のカーボンブラックを含有するエーテル系ポリウレタンからなり且つ前記弾性層表面にはイソシアネートを含む表面処理液により表面処理された表面処理層が設けられているので、電気抵抗値にバラツキが小さくなり、所定の電気抵抗値を有する現像ロールを得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態にかかる現像ロールの試験例３の結果を示す図である。

Claims

芯金の外周に導電性ポリウレタンゴムを主体としたゴムからなる弾性層を有する現像ロールにおいて、前記導電性ポリウレタンが、導電性カーボンブラックを主体とする少なくとも一種のカーボンブラックを含有してイオン導電剤を含まないエーテル系ポリウレタンからなり且つ前記弾性層表面にはイソシアネート化合物を有機溶剤に溶解させた表面処理液を含浸させ、加熱処理してイソシアネートを硬化させて形成した表面処理層が設けられて当該表面処理層が設けられた表面から内方に向かって電気抵抗値が漸減するように傾斜しており、当該ロールに５Ｖ、５０Ｖ及び１００Ｖをそれぞれ印加した際の抵抗値Ｒｖ_５、Ｒｖ_５０及びＲｖ_１００が５×１０^５〜５×１０^８の範囲にあり且つ下記式を満足することを特徴とする現像ロール。
【数１】
ｌｏｇＲｖ_５／ｌｏｇＲｖ_５０＝１．１５±０．１
ｌｏｇＲｖ_１００／ｌｏｇＲｖ_５０＝０．９３±０．１
請求項１において、当該現像ロールの電気抵抗値の表面全体に亘った最大値及び最小値の比（最大値／最小値）が、３０以下であることを特徴とする現像ロール。
請求項１又は２において、前記カーボンブラックを前記ポリウレタンの主原料であるエーテル系ポリオールに粒度が２０μｍ以下となるように分散して添加したことを特徴とする現像ロール。
請求項３において、前記カーボンブラックの添加量が、前記エーテル系ポリオール１００重量部に対して８重量部以下であることを特徴とする現像ロール。
請求項１〜４の何れかにおいて、当該現像ロールの円周方向に亘って測定した表面粗さＲｚが、８μｍ以下であることを特徴とする現像ロール。
請求項１〜５の何れかにおいて、前記弾性層の圧縮永久ひずみが３％以下であることを特徴とする現像ロール。