JP2006227447A - 現像ローラの製造方法および現像ローラ - Google Patents

Abstract

【課題】 フィルミングの問題を生ずることがなく、かつ、トナー搬送性にも優れた現像ローラの製造方法およびこれにより得られる現像ローラを提供する。
【解決手段】 シャフト１の外周に、ゴム材料を主成分とする弾性層２と、少なくとも１層の塗膜層３とを順次備える現像ローラの製造方法であって、弾性層２上に塗料を塗工して塗膜層３を形成する製造方法である。（ｉ）弾性層の研磨目の角度θがθ＜９０°であって、その表面粗さＲｋ₁が６≦Ｒｋ₁≦９であるときには、塗料の樹脂濃度が１５％以上１７％以下となるように、（ii）弾性層の研磨目の角度θがθ≧９０°であって、その表面粗さＲｋ₁が６≦Ｒｋ₁≦９であるときには、塗料の樹脂濃度が９％以上１３％以下となるように、（iii）弾性層の研磨目の角度θがθ≧９０°であって、その表面粗さＲｋ₁が１０≦Ｒｋ₁≦１５であるときには、塗料の樹脂濃度が１５％以上１７％以下となるように、塗料を調製する。
【選択図】 図１

Description

本発明は現像ローラの製造方法および現像ローラ（以下、単に「製造方法」および「ローラ」とも称する）に関し、詳しくは、複写機、プリンタ等の画像形成装置における画像形成プロセスに用いられる現像ローラの製造方法およびこれにより製造された現像ローラに関する。

近年、電子写真技術の進歩に伴い、各電子写真プロセスにおいて用いられる導電性部材に対する要求も高まってきている。中でも、現像プロセスに用いられる現像ローラには、所定の電気抵抗値のみならず、現像機構に対応した種々の特性を備えていることが必要とされる。

従来、現像剤（トナー）として非磁性一成分現像剤を用いる場合の現像方法としては、静電潜像を保持した感光ドラム等の像担持体にトナーを供給し、像担持体上の潜像にトナーを付着させて潜像を可視化する現像方法（加圧現像法）が知られている。この方法によれば、磁性材料が不要であるため装置の簡素化、小型化が容易であるとともに、トナーのカラー化が容易となる。加圧現像法は、トナーを担持した現像ローラを静電潜像を保持した像担持体に接触させて、像担持体上の潜像にトナーを付着させることにより現像を行うものであるため、この方法に用いる現像ローラは、導電性を有する弾性体で形成する必要がある。

図３に、加圧現像法を用いた現像装置の一構成例を示す。図示する現像装置においては、現像ローラ１０が、トナーを供給するためのトナー供給ローラ１１と静電潜像を保持した感光ドラム１２との間に、感光ドラム１２に接触した状態で配置され、これら現像ローラ１０、感光ドラム１２およびトナー供給ローラ１１がそれぞれ図中の矢印方向に回転することにより、トナー１３がトナー供給ローラ１１により現像ローラ１０の表面に供給される。供給されたトナーは成層ブレード１４により均一な薄層に整えられ、この状態で現像ローラ１０が感光ドラム１２と接触しながら回転することにより、薄層に形成されたトナーが現像ローラ１０から感光ドラム１２の潜像に付着して、潜像が可視化されるようになっている。なお、図中の符号１５は転写部を示し、ここで紙等の記録媒体にトナー画像が転写される。また、符号１６はクリーニング部を示し、転写後に感光ドラム１２表面に残留するトナーをクリーニングブレード１７により除去している。

この場合、現像ローラ１０は、感光ドラム１２に密着した状態を確実に保持しつつ回転しなければならないため、通常、金属等の良導電性材料からなるシャフトの外周に、各種弾性ゴムやポリウレタン等のエラストマー材、あるいは、各々の発泡体等に導電剤を配合して導電性を付与した弾性体からなる弾性層を形成した構造となっている。

かかる弾性層表面は、通常、所望の表面粗さを得るために砥石等により研磨されるが、ゴム単層で所望の粗さを達成することは困難である。これに対し、弾性層の表面に塗膜を形成してローラの表面性を改良する技術が知られており、粒子を含有する塗料を用いて塗膜を形成することで粗さ調整を行う技術も公知である。例えば、特許文献１には、ポリオール、イソシアネート化合物および両末端反応性シリコーン油を含有する反応混合物を包含し、紙に対して０．９以上、１．２未満の動摩擦係数を示す被覆層を備えた現像ローラが記載されている。また、特許文献２には、フッ素ゴムをマトリックス成分とし所定のシリコーンオイル含有粒子が分散されてなるゴム組成物により形成された最外層を有するロールが記載されている。さらに、特許文献３には、シリコン化合物を分子内に導入したポリウレタンからなる表面層を設けた電子写真用現像ローラが記載されている。
特開２０００−１８７３８５号公報（特許請求の範囲等） 特開平９−２３０６８９号公報（特許請求の範囲等） 特開平１１−１０２１１４号公報（特許請求の範囲等）

しかしながら、粒子含有塗料を用いて表面性を改良する方法は、塗料自体が高価となるため、コスト性の観点から好ましくない。また、塗膜との密着性の向上を図るために弾性層の表面処理が必要となり、工程増となるなどの難点もあった。

そこで本発明の目的は、上記問題を解消して、ローラの表面性を適切に調整可能とすることで、フィルミングの問題を生ずることがなく、かつ、トナー搬送性にも優れた現像ローラの製造方法、および、これにより得られる現像ローラを提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、研磨後の弾性層の断面形状と塗膜層の塗料濃度との関係を所定に規定することにより、上記課題が解決できることを見出して、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の現像ローラの製造方法は、シャフトの外周に、ゴム材料を主成分とする弾性層と、少なくとも１層の塗膜層とを順次備える現像ローラの製造方法であって、前記弾性層上に塗料を塗工して前記塗膜層を形成する製造方法において、
（ｉ）前記弾性層の研磨目の角度θがθ＜９０°であって、かつ、該弾性層の表面粗さＲｋ₁が６≦Ｒｋ₁≦９であるときには、前記塗料の樹脂濃度が１５％以上１７％以下となるように、
（ii）前記弾性層の研磨目の角度θがθ≧９０°であって、かつ、該弾性層の表面粗さＲｋ₁が６≦Ｒｋ₁≦９であるときには、前記塗料の樹脂濃度が９％以上１３％以下となるように、
（iii）前記弾性層の研磨目の角度θがθ≧９０°であって、かつ、該弾性層の表面粗さＲｋ₁が１０≦Ｒｋ₁≦１５であるときには、前記塗料の樹脂濃度が１５％以上１７％以下となるように、前記塗料を調製することを特徴とするものである。

また、本発明の現像ローラは、上記現像ローラの製造方法により製造されてなることを特徴とするものである。
ことを特徴とする

本発明においては、前記塗膜層をディップ法により塗工することが好ましい。また、本発明の現像ローラは、好適には、表面粗さＲｋ₂が１．５≦Ｒｋ₂≦６．０を満足する。さらに、前記塗膜層は、ウレタン系塗料またはフェノール系塗料により形成されていることが好ましく、前記塗膜層のうち最表層が、ポリウレタン樹脂、シリコン化合物およびシリカを含むことも好ましい。

本発明によれば、研磨後の弾性層の断面形状に係るパラメータである研磨目の角度および表面粗さと、塗膜層の形成に用いる塗料濃度との関係を所定に規定したことにより、最終的に得られるローラの表面性を適切に調整することができ、これにより、フィルミングの問題を生ずることがなく、かつ、トナー搬送性にも優れた現像ローラを製造することが可能となった。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図１に、本発明に係る現像ローラの一構成例の概略断面図を示す。図示する現像ローラは、シャフト１の外周に、ゴム材料を主成分とする弾性層２と、少なくとも１層の塗膜層３とを順次備えている。本発明においては、弾性層２表面の研磨目４（図２参照）の角度θおよび表面粗さと、塗膜層３用の塗料の樹脂濃度との関係を所定に規定したことにより、フィルミングの発生がなく、トナー搬送性についても良好な現像ローラを得ることが可能となったものである。

具体的には、本発明においては、弾性層２上に塗料を塗工して塗膜層３を形成するにあたり、かかる塗料を、下記の条件を満足するよう調製することが必要となる。
（ｉ）弾性層２の研磨目４の角度θがθ＜９０°であって、かつ、弾性層２の表面粗さＲｋ₁が６≦Ｒｋ₁≦９であるときには、塗料の樹脂濃度を１５％以上１７％以下とする。
（ii）弾性層２の研磨目４の角度θがθ≧９０°であって、かつ、弾性層２の表面粗さＲｋ₁が６≦Ｒｋ₁≦９であるときには、塗料の樹脂濃度を９％以上１３％以下とする。
（iii）弾性層２の研磨目４の角度θがθ≧９０°であって、かつ、弾性層２の表面粗さＲｋ₁が１０≦Ｒｋ₁≦１５であるときには、塗料の樹脂濃度を１５％以上１７％以下とする。

上記のように、弾性層２の研磨目４の角度θと表面粗さＲｋ₁に応じて塗膜層３の塗料の樹脂濃度を選択することで、弾性層２上に形成される塗膜層３の表面性、即ち、ローラの表面性を適切に制御することが可能となる。ここで、表面粗さＲｋ₁は、ＪＩＳに規定された測定法に準拠して測定することができ、また、塗料の樹脂濃度とは、塗料中に占める樹脂成分の割合を示す。また、塗膜層３は、少なくとも１層形成することが必要であるが、例えば、１３％以下程度の低濃度の塗料の場合には、複数層積層して形成することもでき、この場合も本発明の所期の効果を得ることができる。塗膜層の厚みは、特に制限されるものではないが、１層の場合には２０μｍ以下程度である。塗膜層の厚みが厚すぎると、塗膜層の表面性が悪化して画像不良の問題を引き起こすとともに、平坦になりすぎるためにトナー搬送性が低下してしまう。

また、研磨目４の角度θは、好ましくは、７０°≦θ≦１５０°の範囲で調整する。研磨目４の角度θが７０°未満であると、ローラ表面が粗すぎてトナーが除去されにくくなり、フィルミングが発生してしまう場合がある。一方、研磨目４の角度θが１５０°を超えると、ローラ表面が平坦になりすぎて、トナー搬送性が低下するとともに、表面削れが生じてトナー漏れを引き起こすおそれがある。上記範囲の角度を有する研磨目４は、例えば、粒度４６〜１２０番程度の砥石を用いて、弾性層２の表面研磨を行うことにより形成することができる。

本発明の製造方法においては、塗膜層３の形成に用いる塗料に関して上記関係を満足するものであれば、弾性層２の形成条件等のその他の条件については特に制限されるものではなく、常法に従い行うことができる。例えば、塗膜層３の形成方法としては、スプレー法、ディップ法など公知の手法を用いることができるが、好ましくは、ディップ法を用いる。

また、本発明の現像ローラについても、シャフト１の外周に、ゴム材料を主成分とする弾性層２と、少なくとも１層の塗膜層３とを順次備え、本発明の製造方法により製造されてなるものであれば、その材料等については特に制限されるものではない。例えば、以下のような材料を用いることができる。

シャフト１としては、良好な導電性を有するものであれば、いずれのものも使用することができ、特に制限されるものではない。通常は、鉄やステンレススチール、アルミニウム、これらを含む合金などの金属製の中実体からなる芯金や、内部を中空にくりぬいた金属製円筒体等の金属製シャフトを用いる。

また、弾性層２はゴム材料を主成分として形成され、ゴム材料に導電剤を配合して、抵抗値を調整することにより形成される。かかるゴム材料としては、特に制限されるものではないが、例えば、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体ゴム（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴム（ＮＢＲ）、天然ゴム、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、液状ポリイソプレンゴム（ＬＩＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリルゴム、エピクロルヒドリンゴム、エチレン−酢酸ビニル共重合体ゴム（ＥＶＡ）およびこれらの混合物等が挙げられるが、特にはシリコーンゴム、ＥＰＤＭ、エピクロルヒドリンゴムが好ましく用いられる。

また、導電剤としては、公知のイオン導電剤や電子導電剤等を適宜用いることができる。イオン導電剤の例としては、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挙げられる。

また、電子導電剤の例としては、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を挙げることができる。

これらの導電剤は単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。その配合量
としては、特に制限されるものではないが、イオン導電剤の場合には、ゴム材料１００重量部に対し、０．０１〜５重量部、好ましくは０．０５〜２重量部の範囲内であり、電子導電剤の場合には、ゴム材料１００重量部に対し、１〜５０重量部、好ましくは５〜４０重量部の範囲内とすることができる。この導電剤配合量の調整により、弾性層２の体積抵抗値を、１０³〜１０¹⁰Ω・ｃｍ、特には１０⁴〜１０⁹Ω・ｃｍの範囲に好適に調整することができる。

塗膜層３の材料としては、特に制限されるものではなく、ウレタン系塗料やフェノール系塗料等の慣用の材料を適宜用いることができるが、特に、塗膜層３のうち最表層については、ポリウレタン樹脂、シリコン化合物およびシリカを含む配合にて形成することが好ましい。即ち、塗膜層３が１層の場合にはその層が、また、塗膜層３が複数層からなる場合にはそのうちの最上層が、ポリウレタン樹脂、シリコン化合物およびシリカを含むものとする。最表層を構成する塗膜層３にシリコン化合物を含有させることで、ローラ表面のトナー離型性を向上して、フィルミング防止効果を付与することができる。なお、塗膜層３を複数層にて形成する場合に最上層のみにつき上記配合を適用するのは、最上層以外の層にシリコン化合物を含有させると塗工時にその上層をはじいてしまい、２層の界面で剥離を生じやすくなるためである。従って、２層からなる塗膜層を設ける場合、そのうち下層にはシリコン化合物を含有させないことが必要である。

ポリウレタン樹脂は、イソシアネート基と水酸基を持つ化合物との反応生成物を主成分とするものであり、その材料としては、樹脂中にウレタン結合を含むものであれば、特に制限はない。一般的なポリウレタン材料としては、ポリオール成分およびイソシアネート成分が挙げられ、ポリオール成分としては、具体的には例えば、ポリエーテルポリオール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ＴＨＦ−アルキレンオキサイド共重合体ポリオール、ポリエステルポリオール、アクリルポリオール、ポリオレフィンポリオール、エチレン−酢酸ビニル共重合体の部分鹸化物、フォスフェート系ポリオール、ハロゲン含有ポリオール等を好適に用いることができる。

また、イソシアネート成分についても特に制限はなく、汎用であるＴＤＩ、ＭＤＩ、粗製−ＭＤＩ（ポリメリックＭＤＩ）、および変性ＭＤＩだけでなく、特殊なイソシアネートを用いても差し支えない。特殊なイソシアネートとしては、例えば、１，５−ナフタレンジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、トランスシクロヘキサン１，４ジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、水添−ＸＤＩ、水添−ＭＤＩ、リジンジイソシアネート、トリフェニルメタントリイソシアネート、トリス（イソシアネートフェニール）チオフェスフェート、テトラメチルキシレンジイソシアネート、リジンエステルトリイソシアネート、１，６，１１−ウンデカントリイソシアネート、１，８−ジイソシアネート−４−イソシアネートメチルオクタン、１，３，６−ヘキサメチレントリイソシアネート、ビシクロへプタントリイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等が挙げられ、これらも好適に用いることができる。

上記塗膜層３配合中には、上記ポリオール成分およびイソシアネート成分に加えて、所望に応じ架橋剤、界面活性剤、触媒等を添加することができ、これにより所望に応じた層構造とすることができる。

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。

また、塗膜層３中には、難焼剤や充填材、前記したイオン導電剤や電子導電剤等の導電剤、公知の充填剤や架橋剤等を適宜使用することも可能である。塗膜層３における導電剤の配合量には特に制限はなく、所望に応じ適宜選定可能であるが、上記配合の場合には、通常は、ポリウレタン材料１００重量部に対し、０．１〜４０重量部、好ましくは０．３〜２０重量部の割合である。

上記配合におけるシリコン化合物およびシリカの配合量としては、ポリウレタン樹脂１００重量部に対し、シリコン化合物０．１〜３０重量部、シリカ１５〜４０重量部程度とすることができる。なお、塗膜層３を複数層で形成する場合の最表層以外の層については、例えば、上記配合からシリコン化合物を除いたポリウレタン樹脂およびシリカを主成分とする配合としてもよい。弾性層２と塗膜層３との間に、層間の接着性を高めるために、プライマーを設けることもできる。

また、本発明のローラの表面粗さＲｋ₂は、好ましくは１．５≦Ｒｋ₂≦６．０、より好ましくは２．０≦Ｒｋ₂≦４．０である。表面粗さＲｋ₂が小さすぎるとトナー搬送性が低下し、一方、大きすぎるとトナー単位量あたりの印刷枚数が減少するとともにフィルミングの問題が生ずるおそれがあり、いずれも好ましくない。

以下、本発明を、実施例を用いてより具体的に説明する。
以下の表１中に示す配合ゴムを用いて、直径６ｍｍ、長さ２５４ｍｍのシャフト１の外周に弾性層２を形成し、その後、粒度６０番の砥石を用いて、研磨目４の角度θが、夫々θ＝８０°（θ＜９０°、実施例１〜３、比較例１、２）およびθ＝１２０°（θ≧９０°、実施例４〜９、比較例３〜６）となり、表面粗さＲｋ₁が下記表３〜５中に夫々示す値となるよう、その表面を研磨処理した。なお、表面粗さＲｋ₁は、ＪＩＳに規定された測定法（１９９４年度版）に準拠して測定した。

１）ＢＲ：日本ゼオン社製、「ＢＲ１２２０Ｌ」
２）ＩＲ：日本ゼオン社製、「ＩＲ２２００Ｌ」
３）ＬＩＲ：クラレ（株）製、「ＬＩＲ−３０」
４）カーボンブラック：東海カーボン（株）製、「ＴＢ＃５５００」
５）架橋剤：日本油脂（株）製、「１，１−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン」

次いで、下記の表２に示す配合塗料を、樹脂濃度が夫々下記の表３〜５に示す値となるよう調整して用いて、同表中に示す膜厚にて、１層の塗膜層３をディップ法により形成した。

６）ポリウレタン成分Ａ：ポリエステル系ウレタン塗料、大日精化工業社製、「ダイプラコートＳＯ 」
７）ポリウレタン成分Ｂ： 大日精化工業社製、「ダイプラコートＥＮ２」
８）シリコン化合物：日本油脂（株）製、「ＦＳ７１０」
９）シリカ：日本シリカ（株）製、「ＳＳ２０」

（評価）
得られた各ローラにつき、フィルミングの発生の有無およびトナー消費量（燃費）の観点から、耐久評価を行った。その結果を、ローラの表面粗さＲｋ₂の値とともに下記の表３〜５中に併せて示す。なお、Ｒｋ₂は、Ｒｋ₁と同様にＪＩＳに規定された測定法（１９９４年度版）に準拠して測定した。

上記表３〜５に示すように、各条件に応じて、前記（ｉ）〜（iii）の条件を満足するよう調製した塗料を用いて作製された現像ローラにおいては、いずれも良好な耐久性が得られることが確かめられた。

本発明の一好適例の現像ローラを示す概略断面図である。 弾性層表面の研磨目を示す断面図である。 現像装置の一例を示す概略説明図である。

符号の説明

１ シャフト
２ 弾性層
３ 塗膜層
４ 研磨目
１０ 現像ローラ
１１ トナー供給ローラ
１２ 感光ドラム
１３ トナー
１４ 成層ブレード
１５ 転写部
１６ クリーニング部
１７ クリーニングブレード

Claims (6)

1. シャフトの外周に、ゴム材料を主成分とする弾性層と、少なくとも１層の塗膜層とを順次備える現像ローラの製造方法であって、前記弾性層上に塗料を塗工して前記塗膜層を形成する製造方法において、
   （ｉ）前記弾性層の研磨目の角度θがθ＜９０°であって、かつ、該弾性層の表面粗さＲｋ₁が６≦Ｒｋ₁≦９であるときには、前記塗料の樹脂濃度が１５％以上１７％以下となるように、
   （ii）前記弾性層の研磨目の角度θがθ≧９０°であって、かつ、該弾性層の表面粗さＲｋ₁が６≦Ｒｋ₁≦９であるときには、前記塗料の樹脂濃度が９％以上１３％以下となるように、
   （iii）前記弾性層の研磨目の角度θがθ≧９０°であって、かつ、該弾性層の表面粗さＲｋ₁が１０≦Ｒｋ₁≦１５であるときには、前記塗料の樹脂濃度が１５％以上１７％以下となるように、前記塗料を調製することを特徴とする現像ローラの製造方法。
2. 前記塗膜層をディップ法により塗工する請求項１記載の現像ローラの製造方法。
3. 請求項１または２記載の現像ローラの製造方法により製造されてなることを特徴とする現像ローラ。
4. 表面粗さＲｋ₂が１．５≦Ｒｋ₂≦６．０を満足する請求項３記載の現像ローラ。
5. 前記塗膜層が、ウレタン系塗料またはフェノール系塗料により形成されている請求項３または４記載の現像ローラ。
6. 前記塗膜層のうち最表層が、ポリウレタン樹脂、シリコン化合物およびシリカを含む請求項５記載の現像ローラ。

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