JP6815889B2 - 現像ローラ、プロセスカートリッジおよび電子写真画像形成装置 - Google Patents
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Description
(1)現像剤容器内に存在し、現像ローラにトナーを供給する現像剤供給ローラ;
(2)現像ローラ上にトナー層を形成し、現像ローラ上のトナーを一定量にする現像剤量規制部材;
(3)トナーを収納する現像剤容器の開口を閉塞し、且つ、一部を容器外に露出させ、この露出部分が感光体に対向するように配置され、感光体にトナーを現像する現像ローラ。
基体と、
該基体上の導電性弾性層と、
該導電性弾性層上の複数個の電気絶縁性のドメインと、
を有する現像ローラであって、
該現像ローラは、その周方向に直交する長手方向の長さLが200mm以上であり、
該現像ローラの表面は、
該ドメインの表面と、
該ドメインで被覆されていない該導電性弾性層の露出部分と、を含み、
該ドメインは、該現像ローラの表面に凸部を生じさせており、
該導電性弾性層は、該露出部分において複数個の凸部を有し、
該現像ローラのアスカーC硬度が、50度以上、90度以下であり、
該現像ローラの長手方向に略平行に、かつ、該現像ローラの表面から1mm離れた位置に放電ワイヤを配置し、温度23℃、相対湿度50%の環境において、該現像ローラと該放電ワイヤとの間に8kVの直流電圧を印加して該現像ローラの表面を帯電させたときの、放電終了相当の、該ドメインの表面電位が10V以上、100V以下であり、該導電性弾性層の該露出部分の表面電位が2V以下であり、
該現像ローラの表面をガラス平板に押し当てて、ニップ幅が1.0mmであって、かつ、1.0mm×Lmmの面積を有するニップ領域を画定し、該ニップ領域に、一辺が0.3mmの正方形領域を置いたときに、該正方形領域内の該導電性弾性層の該露出部分と該ガラス平板との接触部の面積の総和STmm2の、該正方形領域の面積0.09mm2に対する割合「100ST/0.09」が、0.50%以上、10.00%以下である、現像ローラが提供される。
上記測定を、絶縁性ドメイン、導電性弾性層の凸部に対して行い、各測定部のV0を算出する。これを各測定部に対して9点行いその平均値を各測定部における表面電位とする。
基体は、導電性を有し、その上に設けられる導電性弾性層を支持する機能を有する。材質としては、例えば、鉄、銅、アルミニウム、ニッケルの如き金属;これらの金属を含むステンレス鋼、ジュラルミン、真鍮及び青銅の如き合金等を挙げることができる。基体の表面には、耐傷性付与を目的として、導電性を損なわない範囲で、メッキ処理を施すことができる。さらに、基体としては、樹脂製の基材の表面を金属で被覆して表面導電性としたものや、導電性樹脂組成物から製造されたものも使用可能である。
絶縁性ドメインの体積抵抗率は、1×1013Ω・cm以上、1×1017Ω・cm以下、特には、1×1014Ω・cm以上、1×1017Ω・cm以下、であると該絶縁性ドメインを、より帯電させやすい為好ましい。
導電性弾性層は、バインダーとして、樹脂及びゴムのいずれか一方または両方を含む。樹脂及びゴムとしては、具体的には、例えば以下が挙げられる。
導電性弾性層の露出部分の表面電位を2V以下にする為に、導電性弾性層は導電剤を含有することが好ましい。導電剤としては、イオン導電剤やカーボンブラック等の電子導電剤が挙げられるが、カーボンブラックが導電性弾性層の導電性と導電性弾性層のトナーに対する帯電性能とを制御することができるため好ましい。導電性弾性層の体積抵抗率は、1×103Ω・cm以上、1×1011Ω・cm以下、特には、1×104Ω・cm以上、1×108Ω・cm以下の範囲であることが好ましい。
数式(1)
ρv=R×S/t。
本態様に係る現像ローラは、その表面において測定されるアスカーC硬度が、50度以上、90度以下である。硬度を上記数値範囲内とすることによって、感光体上の静電潜像を接触現像する際に、トナー粒子の劣化を抑制しつつ、感光体上のトナーの再配置を行うことが可能である。さらに、硬度を上記数値範囲内とすることで現像ローラの長手方向に対して現像ニップ幅を均一にすることができ、トナーの転動による再配置を現像ローラの長手方向で均一に行うことができる。
現像ローラの表面は、絶縁性ドメインで被覆されていない導電性弾性層の露出部分を含み、該導電性弾性層の露出部分は凸部(図1(a)、図1(b)における符号5)を有している。
本態様に係る現像ローラにおいて、該凸部は、特定の面積割合を有する。すなわち、本態様に係る現像ローラは、その周方向に直交する長手方向の長さLが200mm以上である。そして、現像ローラの表面をガラス平板に押し当てて、ニップ幅が1.0mmであって、かつ、1.0mm×Lmmの面積を有するニップ領域を画定し、該ニップ領域に、一辺が0.3mmの正方形領域(面積0.09mm2)を置いたと仮定したとき、該正方形領域内の絶縁性ドメインで被覆されていない導電性弾性層の露出部分とガラス平板との接触部の面積の総和STmm2の、該正方形領域の面積0.09mm2に対する割合「100ST/0.09」が、0.50%以上、10.00%以下である。
化条件を設定する。オブジェト抽出オプションの中で8連結を選択し、平滑化を0とする。その他、予め選別、穴を埋める、包括線は選択せず、「境界線を除外」は「なし」とする。ツールバーの「測定」から「測定項目」を選択し、面積の選別レンジに2〜107と入力する。
凸部の配置密度は、トナー再配置の観点から、1mm2四方に5個以上、5000個以下であることが好ましく、250個以上、1500個以下であることがより好ましい。
導電性弾性層の「凸部接触領域」は、現像ローラと感光体との間の現像ニップにおいて、現像ローラと感光体とが最近接する領域である。本発明者らの検討により、導電性弾性層の「凸部接触領域」の各々のサイズであって現像ローラの長手方向に対して平行な方向の長さの最大値を「水平フェレ径R」とし、この「水平フェレ径R」を所定の範囲内の値に設定することで、感光体に付着したトナーの量のムラを、より一層解消しやくなる。
現像ローラは、現像ローラの表面に、一辺が0.3mmの正方形領域を置いたときに、該正方形領域内の、絶縁性ドメインで被覆されていない該導電性弾性層の露出部分の面積を“SE”mm2と定義したときに、当該正方形領域の面積0.09mm2に対する”SE”mm2の割合「100SE/0.09」(以下、「露出率」という場合がある。)が、60%以上、90%以下であることが好ましい。
トナーの搬送性と再配置の観点から、導電性弾性層の露出部分の十点平均粗さRz(μm)に対する絶縁性ドメインの高さH(μm)の差Rz−H(μm)が0μm以上10μm以下であることが好ましい。その際、導電性弾性層の露出部分のRz(μm)はレーザー顕微鏡(VK−8700、キーエンス社製)により50倍対物レンズを用いて測定される。導電性弾性層のみが露出した任意の50μm四方の十点平均粗さを10点測定し、その相加平均値がRzとされる。
導電性弾性層には、その他、上記樹脂もしくはゴム、及び導電剤の機能を阻害しない範囲で、荷電制御剤、潤滑剤、充填剤、酸化防止剤、老化防止剤等を含有させることができる。
電子写真画像形成装置は、静電潜像を担持する像担持体と、該像担持体を帯電する帯電装置と、帯電された該像担持体に静電潜像を形成する露光装置と、該静電潜像をトナーにより現像してトナー画像を形成する現像装置と、該トナー画像を転写材に転写する転写装置とを有する画像形成装置であって、該現像装置が本発明の現像ローラを有している。本発明の電子写真画像形成装置の一例を図7に示す。図7において、イエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナーの各色トナー用に設けられる画像形成ユニット100a(イエロー用),100b(マゼンタ用),100c(シアン用),〜100d(ブラック用)が設けられる。各画像形成ユニット100a〜100dには、それぞれ矢印方向に回転する静電潜像担持体としての感光体6が設けられる。各感光体6の周囲には、感光体6を一様に帯電するための帯電装置11、一様に帯電処理した感光体6にレーザー光26を照射して静電潜像を形成する不図示の露光手段、静電潜像を形成した感光体6にトナーを供給し静電潜像を現像する現像装置8が設けられる。
電子写真プロセスカートリッジは、本発明の現像ローラを有し、電子写真画像形成装置の本体に着脱可能に構成されている。本発明の電子写真プロセスカートリッジの一例を図8に示す。図8に示す電子写真プロセスカートリッジは、現像装置8、感光体6、帯電装置11、クリーニング装置12を有し、これらが一体化されて電子写真画像形成装置の本体に着脱可能に設けられる。現像装置8としては電子写真画像形成装置で説明した画像形成ユニットに設けられたものと同様のものを挙げることができる。本発明の電子写真プロセスカートリッジは、上記の他、感光体6上のトナー像を記録材22に転写する転写部材などを上記の部材と共に一体的に設けたものであってもよい。
基体として、外径6mm、長さ270mmのSUS304製の軸芯体にプライマー(商品名:DY35−051;東レダウコーニング社製)を塗布、焼付けしたものを用意した。この基体を金型内に配置し、以下の表1に示す材料を混合した付加型シリコーンゴム組成物を、金型内に形成されたキャビティに注入した。続いて、金型を加熱してシリコーンゴム組成物を温度150℃で15分間加熱して硬化させ、脱型した後、さらに温度180℃で1時間加熱して硬化反応を完結させ、基体の外周に厚さ2.75mmの導電性弾性層を有する弾性ローラK−1を製造した。
表1に示すように、外径の異なる軸芯体を用いたこと以外は、製造例1と同様にして、それぞれ弾性ローラK−2〜K−5を製造した。
表2の「成分1」の欄に示す2種類の材料を、メチルエチルケトン(MEK)200質量部中に添加して混合した。次いで、窒素雰囲気下、温度80℃にて4時間反応させて、ポリウレタンポリオールプレポリマーを得た。このポリウレタンポリオールプレポリマー100質量部と表2の「成分2」の欄に示す他の材料を、表2に示す配合比で、総固形分量が30質量%になるようにMEK400質量部中に添加して、ボールミルで攪拌分散し、分散液を得た。この分散液を導電性弾性層用塗工液D−1とした。
表2に示す材料を用いた以外は製造例11と同様にして塗工液D−2〜D−17を製造した。
[1.導電性弾性層の形成]
弾性ローラK−1上に、以下の手順で塗工液D−1をディッピング法により塗工した。先ず、弾性ローラK−1を、その長手方向を鉛直方向にして、基体の上端部を把持して、塗工液中に浸漬後、引き上げた。実施例1のディッピング法では、硬化後の膜厚が10.0μmとなるように塗工液を塗工した。浸漬時間は9秒間、塗工液からの引き上げ速度は、初期速度30mm/s、最終速度20mm/s、及び、これらの間は、時間に対して直線的に速度を変化させた。得られた塗工物を、温度80℃のオーブン中で15分間乾燥後、温度140℃のオーブン中で2時間、硬化反応させて、弾性ローラK−1の外周面上に膜厚10.0μmの導電性弾性層が形成された導電性弾性ローラを得た。
エトキシ化ビスフェノールAジアクリレート(商品名:「A−BPE−4」、新中村化学工業社製)25質量部、イソボニルアクリレート(商品名:「SR506NS」、巴工業社製)75質量部、及び、光開始剤として1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン(商品名:「IRGACURE184」、BASF社製)5質量部を混合し、絶縁性ドメイン用の材料E−1を得た。
圧電式のインクジェットヘッドを用いて、上記絶縁性ドメイン用の材料E−1を液滴量が5pLになるように調整した後、上記導電性弾性ローラの周面上に塗布した。塗布は導電性弾性ローラを回転させながら行い、各絶縁性ドメインの周方向および長手方向の間隔(中心間距離)がそれぞれ100μmピッチになるように行った。その後、メタルハライドランプにより波長254nmの紫外線を積算光量が1500mJ/cm2となるように5分間照射することにより材料E−1を硬化し、現像ローラ1を製造した。
現像ローラ1について、下記(i)〜(vii)の各種物性を測定した:
(i)導電性弾性層と絶縁性ドメインの表面電位、
(ii)アスカーC硬度、
(iii)ガラス平板との接触による導電性弾性層の「100ST/0.09」(凸部接触率)値、
(iv) 水平フェレ径R、
(v)「100SE/0.09」(露出率)値、ならびに、
(vi)絶縁性ドメインおよび導電性弾性層の体積抵抗率、
(vii)導電性弾性層のRz(μm)、絶縁性ドメインの直径(μm)および高さ(μm)。
現像ローラ1を電子写真画像形成装置に組み込み、低温低湿環境(温度15℃、相対湿度10%)下に於いて下記の画像評価を行った。
上記エージング後、低温低湿環境下に於いて、ハーフトーン(濃度50%)画像をA4紙で1枚出力した。得られたハーフトーン画像を目視で評価し、以下の基準でA〜Dにランク付けした。
ランクA:画像にガサツキはなく非常に良好である。
ランクB:画像にややガサツキがあるが良好である。
ランクC:画像にガサツキがあるが許容範囲である。
ランクD:画像にガサツキがあり、画像品位は悪い。
上記のハーフトーン画像出力後、低温低湿環境下に於いて、印字濃度1%の画像をA4紙で10000枚出力した後、黒ベタ(濃度100%)画像をA4紙で1枚出力した。得られた黒ベタ画像の画像濃度を、分光濃度計(商品名:508、Xrite社製)を用いて計測し、画像の先端の濃度C1と後端の濃度C2の濃度差「C1−C2」を求めた。画像濃度差の評価結果を以下の基準でA〜Dにランク付けした。
ランクA:画像濃度差は0.05未満であり非常に良好である。
ランクB:画像濃度差は0.05以上0.10未満であり良好である。
ランクC:画像濃度差は0.10以上0.20未満であり許容範囲である。
ランクD:画像濃度差は0.20以上であり、画像品位は悪い。
弾性ローラ、塗工液の種類、並びに絶縁性ドメイン用の材料E−1の液滴量、絶縁性ドメインピッチを、表3に示す条件に変更した以外は、実施例1と同様にして現像ローラ2〜26を製造し、各種評価を実施した。評価結果を表4および表5に示す。
2‥‥軸芯体
3‥‥導電性弾性層
4‥‥電気絶縁性のドメイン
5‥‥導電性弾性層凸部
6‥‥感光体
41‥‥ガラス平板
42‥‥ステージ
43‥‥顕微鏡
44‥‥ニップ端部
45‥‥観察エリア
46‥‥導電性弾性層の表面とガラス平板との間に形成される接触領域
47‥‥電気絶縁性ドメインの表面とガラス平板との間に形成される接触領域
Claims (11)
- 基体と、
該基体上の導電性弾性層と、
該導電性弾性層上の複数個の電気絶縁性のドメインと、
を有する現像ローラであって、
該現像ローラは、その周方向に直交する長手方向の長さLが200mm以上であり、
該現像ローラの表面は、
該ドメインの表面と、
該ドメインで被覆されていない該導電性弾性層の露出部分と、を含み、
該ドメインは、該現像ローラの表面に凸部を生じさせており、
該導電性弾性層は、該露出部分において複数個の凸部を有し、
該現像ローラのアスカーC硬度が、50度以上、90度以下であり、
該現像ローラの長手方向に略平行に、かつ、該現像ローラの表面から1mm離れた位置に放電ワイヤを配置し、温度23℃、相対湿度50%の環境において、該現像ローラと該放電ワイヤとの間に8kVの直流電圧を印加して該現像ローラの表面を帯電させたときの、放電終了相当の、該ドメインの表面電位が10V以上、100V以下であり、該導電性弾性層の該露出部分の表面電位が2V以下であり、
該現像ローラの表面をガラス平板に押し当てて、ニップ幅が1.0mmであって、かつ、1.0mm×Lmmの面積を有するニップ領域を画定し、該ニップ領域に、一辺が0.3mmの正方形領域を置いたときに、該正方形領域内の該導電性弾性層の該露出部分と該ガラス平板との接触部の面積の総和STmm2の、該正方形領域の面積0.09mm2に対する割合「100ST/0.09」が、0.50%以上、10.00%以下である、
ことを特徴とする現像ローラ。 - 前記導電性弾性層の露出部分と前記ガラス平板との接触部の水平フェレ径Rが1.0μm以上、15.0μm以下である請求項1に記載の現像ローラ。
- 前記現像ローラの表面に一辺が0.3mmの正方形領域を置いたときに、該正方形領域の面積0.09mm2に対する前記導電性弾性層の露出部分の面積SEmm2の割合「100SE/0.09」が60%以上、90%以下である請求項1または2に記載の現像ローラ。
- 前記導電性弾性層が、ウレタン樹脂粒子を含み、該導電性弾性層の前記露出部における複数個の前記凸部が、該ウレタン樹脂粒子に由来する凸部である請求項1〜3のいずれか一項に記載の現像ローラ。
- 前記ドメインの体積抵抗率が、1×1013Ω・cm以上、1×1017Ω・cm以下であり、
前記導電性弾性層の体積抵抗率が、1×103Ω・cm以上、1×1011Ω・cm以下である請求項1〜4のいずれか一項に記載の現像ローラ。 - 前記ドメインが、樹脂を含む請求項1〜5のいずれか一項に記載の現像ローラ。
- 前記樹脂が、アクリル樹脂である請求項6に記載の現像ローラ。
- 前記導電性弾性層が、樹脂またはゴムのいずれか一方または両方と、導電剤とを含む請求項1〜7のいずれか一項に記載の現像ローラ。
- 前記導電性弾性層が、ポリエーテルポリウレタンをバインダーとして含む請求項1〜8のいずれか一項に記載の現像ローラ。
- 電子写真装置の本体に着脱可能に構成されている電子写真プロセスカートリッジであって、
現像装置を備え、
該現像装置は、現像ローラを有しており、
該現像ローラは、
基体と、
該基体上の導電性弾性層と、
該導電性弾性層上の複数個の電気絶縁性のドメインと、を有し、
該現像ローラは、その周方向に直交する長手方向の長さLが200mm以上であり、
該現像ローラの表面は、
該ドメインの表面と、
該ドメインで被覆されていない該導電性弾性層の露出部分と、を含み、
該ドメインは、該現像ローラの表面に凸部を生じさせており、
該導電性弾性層は、該露出部分において複数個の凸部を有し、
該現像ローラのアスカーC硬度が、50度以上、90度以下であり、
該現像ローラの長手方向に略平行に、かつ、該現像ローラの表面から1mm離れた位置に放電ワイヤを配置し、温度23℃、相対湿度50%の環境において、該現像ローラと該放電ワイヤとの間に8kVの直流電圧を印加して該現像ローラの表面を帯電させたときの、放電終了相当の、該ドメインの表面電位が10V以上、100V以下であり、該導電性弾性層の該露出部分の表面電位が2V以下であり、
該現像ローラの表面をガラス平板に押し当てて、ニップ幅が1.0mmであって、かつ、1.0mm×Lmmの面積を有するニップ領域を画定し、該ニップ領域に、一辺が0.3mmの正方形領域を置いたときに、該正方形領域内の該導電性弾性層の該露出部分と該ガラス平板との接触部の面積の総和STmm2の、該正方形領域の面積0.09mm2に対する割合「100ST/0.09」が、0.50%以上、10.00%以下である、ことを特徴とする電子写真プロセスカートリッジ。 - 静電潜像を担持する像担持体と、該像担持体を帯電する帯電装置と、帯電された該像担持体に静電潜像を形成する露光装置と、該静電潜像をトナーにより現像してトナー画像を形成する現像装置と、該トナー画像を転写材に転写する転写装置と、を有する電子写真画像形成装置であって、
該現像装置は現像ローラを有しており、
該現像ローラは、
基体と、
該基体上の導電性弾性層と、
該導電性弾性層上の複数個の電気絶縁性のドメインと、を有し、
該現像ローラは、その周方向に直交する長手方向の長さLが200mm以上であり、
該現像ローラの表面は、
該ドメインの表面と、
該ドメインで被覆されていない該導電性弾性層の露出部分と、を含み、
該ドメインは、該現像ローラの表面に凸部を生じさせており、
該導電性弾性層は、該露出部分において複数個の凸部を有し、
該現像ローラのアスカーC硬度が、50度以上、90度以下であり、
該現像ローラの長手方向に略平行に、かつ、該現像ローラの表面から1mm離れた位置に放電ワイヤを配置し、温度23℃、相対湿度50%の環境において、該現像ローラと該放電ワイヤとの間に8kVの直流電圧を印加して該現像ローラの表面を帯電させたときの、放電終了相当の、該ドメインの表面電位が10V以上、100V以下であり、該導電性弾性層の該露出部分の表面電位が2V以下であり、
該現像ローラの表面をガラス平板に押し当てて、ニップ幅が1.0mmであって、かつ、1.0mm×Lmmの面積を有するニップ領域を画定し、該ニップ領域に、一辺が0.3mmの正方形領域を置いたときに、該正方形領域内の該導電性弾性層の該露出部分と該ガラス平板との接触部の面積の総和STmm2の、該正方形領域の面積0.09mm2に対する割合「100ST/0.09」が、0.50%以上、10.00%以下である、ことを特徴とする電子写真画像形成装置。
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