JP2005266500A

JP2005266500A - 現像ローラ、プロセスカートリッジおよび電子写真装置

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Publication number: JP2005266500A
Application number: JP2004080690A
Authority: JP
Inventors: Maki Yamada; 真樹山田; Hidenori Sato; 秀紀佐藤; Tadashi Sato; 忠佐藤; Kazutoshi Ishida; 和稔石田; Arihiro Yamamoto; 有洋山本; Koichiro Akimoto; 浩一郎秋元
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2024-03-19
Also published as: JP3907632B2

Abstract

【課題】本発明の目的とするところは画像耐久性に優れる高品位の現像ローラを提供すること、またはこのような現像ローラを用いたプロセスカートリッジ及び電子写真装置を提供することにある。
【解決手段】軸芯体の周囲に弾性層を有し、該弾性層の外周に少なくとも導電性樹脂層を具備した現像ローラにおいて、該導電性樹脂層が少なくとも樹脂粒子を含み、かつ、該導電性樹脂層のマトリックスポリマーの弾性率をＡ（ＭＰａ）、該樹脂粒子の弾性率をＢ（ＭＰａ）とするとき、０．２０≧（Ｂ−Ａ）≧−０．１８（ＭＰａ）であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機、プリンターあるいはファクシミリの受信装置など電子写真方式を採用した装置に組み込まれる感光体に接触させて使用される現像ローラおよびこれを用いたプロセスカートリッジ、電子写真装置に関するものである。

複写機やファクシミリ、プリンター等の電子写真装置には、感光体を帯電させたり、静電潜像を顕像化するため、１０³〜１０¹⁰Ωの半導電性領域でその目的にあった導電性（電気抵抗）を有する弾性ローラが一般に用いられている。たとえば、非磁性一成分接触現像方式の電子写真装置では、互いに圧接されている現像ローラから感光体（ドラム）へ現像剤（トナー）を移動させて静電潜像を顕像化し、現像が成される。このような電子写真装置に用いられる弾性ローラはより高いレベルの要求品質を満たした半導電性ローラにするために、導電性ゴム層上に単または複数の樹脂層を形成した構成の半導電性ローラが多く用いられる。

また現像ローラとして用いる場合、ローラは安定したトナー搬送性が要求され、ローラ表面を適度な表面粗度に調整することが行われる。そのための手段として、表面層に粒径１０〜１５０μｍの有機高分子化合物粒子を含む樹脂を用いる方法（特許文献１）が報告されている。特に表面層に表面粗度を得るための粒子成分を添加する方法は、研磨工程が省略でき、簡便な表面粗度調整法である。
特許３１１２４８９号公報

複写機、プリンターあるいはファクシミリの受信装置など、電子写真方式を採用した装置に使用される現像ローラに必要とされる性能はより高度になっており、前述したような高画質化に要求される画像品質と画像耐久性の両立が特に課題となっている。特許文献１の方法は、長期にわたる連続した現像工程により、粒子上のマトリックスポリマーが磨耗して粒子表面が露出し、トナーに対しストレスを与え、カブリ、現像スジ等画像に悪影響を及ぼすなどの問題が懸念される。

本発明の目的とするところは、画像耐久性に優れる高品位の現像ローラを提供すること、またはこのような現像ローラを用いたプロセスカートリッジ及び電子写真装置を提供することにある。

本発明者らはこのような連続画像形成時の不具合を抑制し、現像ローラに要求される特性を満たした製品を提供するため鋭意研究、検討を重ねてきた。その結果、軸芯体の周囲に弾性層を有し、その外周に導電性樹脂層を配置した現像ローラにおいて、該導電性樹脂層が少なくとも樹脂粒子を含み、かつ該導電性樹脂層のマトリックスポリマーの弾性率をＡ（ＭＰａ）、樹脂粒子の弾性率をＢ（ＭＰａ）とするとき、０．２０≧（Ｂ−Ａ）≧−０．１８（ＭＰａ）とすることにより、画像耐久性に優れ、電子写真用現像ローラとして好適なものが得られることを見出した。

すなわち本発明の現像ローラは、軸芯体の周囲に弾性層を有し、該弾性層の外周に少なくとも導電性樹脂層を具備した現像ローラにおいて、該導電性樹脂層が少なくとも樹脂粒子を含み、かつ、該導電性樹脂層のマトリックスポリマーの弾性率をＡ（ＭＰａ）、該樹脂粒子の弾性率をＢ（ＭＰａ）とするとき、０．２０≧（Ｂ−Ａ）≧−０．１８（ＭＰａ）であることを特徴とする。

また本発明によるプロセスカートリッジ及び電子写真装置は、潜像を担持する感光体に対向した状態でトナーを担持する現像ローラを備え、該現像ローラが前記感光体にトナーを付与することにより前記潜像を可視化する電子写真装置及びそれに着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、本発明の現像ローラを具備するものである。

本発明によれば、軸芯体の周囲に弾性層を有し、該弾性層の外周に少なくとも導電性樹脂層を具備した現像ローラにおいて、該導電性樹脂層が少なくとも樹脂粒子を含み、かつ、該導電性樹脂層のマトリックスポリマーの弾性率をＡ（ＭＰａ）、該樹脂粒子の弾性率をＢ（ＭＰａ）とするとき、０．２０≧（Ｂ−Ａ）≧−０．１８（ＭＰａ）とすることにより、カブリ、現像スジのない画像耐久性に優れた現像ローラが得られた。

本発明の現像ローラ１は、図１及び２に示すように、円柱状または中空円筒状の導電性軸芯体２外周面に弾性層３が固定され、この弾性層３の外周面に導電性樹脂層４が積層された導電性部材から構成される。図１及び２では、軸芯体２、弾性層３及び導電性樹脂層４のみから構成されているが、弾性層３の内周、弾性層３と導電性樹脂層４の間、または導電性樹脂層４の外周に、さらに他の弾性層または樹脂層を１層以上積層させてもよい。

導電性軸芯体２は、導電性部材の電極および支持部材として機能するもので、例えばアルミニウム、銅合金、ステンレス鋼等の金属または合金；クロム、ニッケル等で鍍金処理を施した鉄；導電性を有する合成樹脂などの導電性の材質で構成される。導電性基体の外径は通常４〜１０ｍｍの範囲とする。

弾性層３は、導電性部材が適切なニップ幅ないしニップ圧をもって被帯電体表面に押圧して被帯電体表面を均一に帯電できるよう、適切な硬度および電気抵抗値を有する材料を使用する。この弾性層は、通常ゴム材の成型体により形成される。上記ゴム材としては、従来より導電性ゴムローラに用いられている種々のゴム材を用いることができる。ゴム材に使用するゴムとしては、具体的には、エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（ＥＰＤＭ）、アクリルニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、フッ素ゴム、シリコーンゴム、エピクロロヒドリンゴム、ＮＢＲの水素化物、多硫化ゴム、ウレタンゴム等のゴムを単独であるいは２種以上を混合して用いることができる。この中でも、特にセット性能等の観点からシリコーンゴムを用いることが好ましい。シリコーンゴムとしては、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルトリフルオロプロピルシロキサン、ポリメチルビニルシロキサン、ポリフェニルビニルシロキサン、これらポリシロキサンの共重合体等が挙げられる。

ゴム材中には、導電性付与剤を必須成分とし、非導電性充填剤、架橋剤、触媒等の各種添加剤が適宜配合される。導電性付与剤としては、グラファイト、カーボンブラック、アルミニウム、銅等の導電性金属；酸化亜鉛、酸化錫、酸化チタン等の導電性金属酸化物などの微粒子を用いることができる。このうち、カーボンブラックは比較的容易に入手でき、良好な帯電性が得られるので好ましい。非導電性充填剤としては、珪藻土、シリカ、石英粉末、酸化チタン、酸化亜鉛、アルミノケイ酸、炭酸カルシウム等が挙げられる。架橋剤としては、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、ジクミルパーオキサイド、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート等が挙げられる。

弾性層３の体積固有抵抗値は、１００Ｖの直流電圧印加時で１０³〜１０¹⁰Ω・ｃｍの範囲にあることが好ましい。例えば、導電性付与剤としてカーボンブラックを用いる場合は、ゴム材中のゴム１００質量部に対して５〜８０質量部配合される。また、弾性層３の厚さは１．０〜６．０ｍｍの範囲にあことが好ましく、２．０〜５．０ｍｍの範囲にあることがより好ましい。

本発明における現像ローラは、前記導電性樹脂層に少なくともローラ表面の粗さ制御のための樹脂粒子を含むことを特徴とする。さらに、導電性樹脂層のマトリックスポリマーの弾性率をＡ（ＭＰａ）、樹脂粒子の弾性率をＢ（ＭＰａ）とするとき、０．２０≧（Ｂ−Ａ）≧−０．１８（ＭＰａ）とすることにより、画像耐久性に優れた現像ローラが得られるようになる。より好ましくは、０．１８０≧（Ｂ−Ａ）≧−０．０１０（ＭＰａ）である。樹脂粒子の弾性率Ｂがマトリックスポリマーの弾性率Ａに対して相対的に大きく上回る際、すなわち（Ｂ−Ａ）＞０．２０である場合、ローラ表面の粒子上のポリマーが磨耗して粒子が露出し、トナーフィルミングを発生した結果連続耐久試験後の画像にカブリ等の不具合を生じる。またマトリックスポリマーの弾性率Ａが樹脂粒子の弾性率Ｂに対して相対的に大きく上回る際、すなわち（Ｂ−Ａ）＜−０．１８である場合、トナー規制ブレードとの当接部において粒子が変形し、トナーに対しストレスが加わり連続耐久試験後の画像に現像スジ等の不具合を生じる。

なお、樹脂粒子及びポリマーマトリックスの弾性率は、以下のように測定される。すなわち、各弾性率の測定にはＮａｎｏＩｎｄｅｎｔｅｒ（商品名、ＭＴＳ社製）を用い、ＤＣＭヘッド、バーコヴィッチ型圧子（ＣＳＭモード）で測定する。試料はローラを厚さ０．５ｍｍにカットし、導電性樹脂層の断面の樹脂粒子部及びポリマーマトリックス部を各々１０点測定し、その平均値を弾性率とする。

また、前記樹脂粒子の弾性率Ｂは０．５５ＭＰａ以下であることが好ましく、特に０．１０〜０．３０ＭＰａであることが好ましい。樹脂粒子の成分としては特に限定されるものではないが、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、アミノ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。樹脂粒子の平均粒径は８〜３０μｍであることが好ましい。また、導電性樹脂層に添加する樹脂粒子の添加量は、導電性樹脂層の樹脂固形分１００質量部に対し、３〜５０質量部であることが好ましい。

さらに、前記導電性樹脂層４のマトリックスポリマーの弾性率Ａは０．３４ＭＰａ以下であることが好ましく、特に０．０４〜０．１２ＭＰａであることが好ましい。マトリックスポリマーの弾性率が低すぎると膜そのものの機械的強度が低下する場合がある。用いられるマトリックスポリマーとしては、皮膜強度、トナー帯電性等の観点から、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、アミノ樹脂またはポリエーテル樹脂等がより好ましく、ウレタン樹脂が特に好ましい。さらに、ポリオール成分として、２官能のポリエーテルポリオールと２官能のイソシアネートとで鎖延長させてなる、重量平均分子量が１００００〜５００００、分子量分散度がＭｗ／Ｍｎ＝３以下かつＭｚ／Ｍｗ＝２．５以下とした直鎖状ポリウレタンポリオールを用い、原料混合物中に直鎖状ポリウレタンポリオールを７０質量％以上含有させたウレタン樹脂とすることで、柔軟かつ高品位のマトリックスポリマーを得ることが出来る。これらの樹脂および他の変性樹脂は、１種又は２種以上を混合して用いることもでき、現像を行うシステムに応じて適宜選択して用いることにより、その現像システムに適したトナー帯電量を得ることができる。

前記導電性樹脂層４には導電性を付与するためにカーボンブラックを添加してもよい。添加するカーボンブラックは、前記導電性樹脂層を形成する基体樹脂１００質量部に対して、１０〜５０質量部であることが望ましい。さらに導電性樹脂層４の膜厚が、５〜１００μｍであることが望ましい。本発明に用いられるカーボンブラックの平均粒径およびＤＢＰ吸油量に特に制限はないが、皮膜強度と導電付与性の点から、平均粒径１５〜５０ｎｍ、ＤＢＰ吸油量７０〜１５０ｍｌ／１００ｇであることが好ましい。

導電性樹脂層の形成方法として、塗料によるスプレー、浸漬、ロールコート等が挙げられるが、浸漬塗工すなわち、特開昭５７−５０４７号公報に記載されているような浸漬槽上端から塗料をオーバーフローさせる方法は、導電性樹脂層を形成する方法として簡便で生産安定性に優れ、一般的に利用されている。

本発明のプロセスカートリッジは、電子写真装置に着脱可能なプロセスカートリッジであり、上記の現像ローラを具備するものである。図３にその構成の一例を示す。現像ローラ９は感光ドラム５及びトナー供給ローラ１０に接する状態で具備される。現像装置８の現像容器１８に入れられたトナー１２は、トナー供給ローラ１０によって現像ローラ９に供給することができる。このときその量が規制ブレード１１で調整できる。一方、帯電装置６で帯電された感光ドラム５上にレーザー光７により像を形成でき、現像ローラ９からのトナーが付着する。感光ドラム５のトナーは紙上に転写され、感光ドラム５上に残ったトナーは、クリーニングブレード１４によって掻き取られ、廃トナー容器１５に落とされる構造となっている。

本発明の電子写真装置は、潜像を担持する感光体に対向した状態でトナーを担持する現像ローラを備え、該現像ローラが前記感光体に前記トナーを付与することにより前記潜像を可視化する電子写真装置であり、上記の現像ローラを具備するものである。図４にその構成の一例を示す。上記の構成のプロセスカートリッジの感光ドラム５と接するように転写ローラ１３が配置されており、その間を紙１７が通過することでトナーが紙に転写され、さらに定着装置１６によってトナーが紙上に定着される構造となっている。

以下に本発明の現像ローラを、レーザービームプリンタに適用した例について説明する。

（実施例１）
軸芯体２としてＳＵＳ製の芯金にニッケルメッキを施し、さらにプライマ−ＤＹ３５−０５１（商品名、東レダウコーニングシリコーン社製）を塗布、焼付けしたものを用いた。ついで、軸芯体１１を金型に配置し、液状シリコーンゴム材料ＳＥ６７２４Ａ／Ｂ（商品名、東レ・ダウコーニングシリコーン社製）１００質量部に対し、カーボンブラックトーカブラック＃７３６０ＳＢ（商品名、東海カーボン社製）を３５質量部、耐熱性付与剤としてシリカ粉体を０．２質量部、および白金触媒０．１質量部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を１５０℃、１５分間加硫硬化し、脱型した後、さらに１８０℃、１時間加熱し硬化反応を完結させ、弾性層１２を軸芯体１１の外周に設けた。

導電性樹脂層の材料として、ポリテトラメチレングリコールＰＴＧ１０００ＳＮ（商品名、保土谷化学社製）１００質量部に、イソシアネート化合物ミリオネートＭＴ（商品名、日本ポリウレタン工業社製）２３質量部をＭＥＫ溶媒中で段階的に混合し、窒素雰囲気下８０度にて６時間反応させて、重量平均分子量Ｍｗ＝１００００、水酸基価１８．２のポリウレタンポリオールを得た。この基体樹脂１００質量部に対し、硬化剤コロネート２５２１（商品名、日本ポリウレタン工業社製）３３．４質量部、カーボンブラックＭＡ２３０（商品名、三菱化学社製）を樹脂成分に対し３０質量部混合し、総固形分比３０質量％になるようにＭＥＫに溶解、混合し、サンドミルにて均一に分散し、分散液１を得た。

分散液１に樹脂粒子としてシリコーン粒子トレフィルＥ−６００（商品名、東レ・ダウ・シリコーン社製）を分散液に対して５質量部添加し、撹拌モーターで１０分間撹拌し、導電性樹脂層形成用塗料１を得た。

次にこの導電性樹脂層形成用塗料１を前記弾性層上に浸漬塗工した後乾燥させ、１５０℃にて４時間加熱処理することで弾性層外周に導電性樹脂層を設け、実施例１の現像ローラを得た。

（実施例２）
樹脂粒子をウレタン樹脂粒子アートパールＣ−３００（商品名、根上工業社製）に変更した以外は、実施例１と同様にして実施例２の現像ローラを得た。

（実施例３）
実施例１で合成したポリウレタンポリオール１００質量部に対し、硬化剤コロネート２５２１（商品名、日本ポリウレタン工業社製）１８．８質量部、カーボンブラックＭＡ２３０（商品名、三菱化学社製）を樹脂成分に対し３０質量部混合し、総固形分比３０質量％になるようにＭＥＫに溶解、混合し、サンドミルにて均一に分散し、分散液２を得た。

分散液２に樹脂粒子としてウレタン樹脂粒子アートパールＣ−３００（商品名、根上工業社製）を分散液に対して５質量部添加し、撹拌モーターで１０分間撹拌し、導電性樹脂層形成用塗料３を得た。この導電性樹脂層形成用塗料３を用いる以外は、実施例１と同様にして実施例３の現像ローラを得た。

（実施例４）
樹脂粒子をナイロン粒子ＳＰ−５００（商品名、東レ社製）に変更した以外は、実施例１と同様にして実施例４の現像ローラを得た。

（実施例５）
基体樹脂デスモフェン１１４０（商品名、住化バイエルウレタン社製）１００質量部、硬化剤デスモジュールＢＬ１１００（商品名、住化バイエルウレタン社製）を３５質量部、カーボンブラックＭＡ２３０（商品名、三菱化学社製）を樹脂成分に対し３０質量％を総固形分比３０質量％になるようにＭＥＫに溶解、混合し、サンドミルにて均一に分散し、分散液３を得た。

分散液３に樹脂粒子としてウレタン樹脂粒子アートパールＣ−３００（商品名、根上工業社製）を分散液に対して５質量部添加し、撹拌モーターで１０分間撹拌し、導電性樹脂層形成用塗料５を得た。この導電性樹脂層形成用塗料５を用いる以外は、実施例１と同様にして実施例５の現像ローラを得た。

（実施例６）
樹脂粒子をアクリル粒子アートパールＧＲ−３００（商品名、根上工業社製）に変更した以外は、実施例５と同様にして実施例６の現像ローラを得た。

（比較例１）
樹脂粒子をアクリル粒子アートパールＧＲ−３００（商品名、根上工業社製）に変更した以外は、実施例１と同様にして比較例１の現像ローラを得た。

（比較例２）
樹脂粒子をアクリル粒子ケミスノーＭＸ−１５００Ｈ（商品名、綜研化学社製）に変更した以外は、実施例１と同様にして比較例２の現像ローラを得た。

（比較例３）
樹脂粒子をシリコーン粒子トレフィルＥ−６００（商品名、東レ・ダウ・シリコーン社製）に変更した以外は、実施例５と同様にして比較例３の現像ローラを得た。

以上により作製した現像ローラの導電性樹脂層について、樹脂粒子およびマトリックスポリマーの弾性率を測定した。各弾性率の測定にはＮａｎｏＩｎｄｅｎｔｅｒ（商品名、ＭＴＳ社製）を用い、ＤＣＭヘッド、バーコヴィッチ型圧子（ＣＳＭモード）で測定した。試料はローラを厚さ０．５ｍｍにカットし、導電性樹脂層の断面の樹脂粒子部およびマトリックスポリマー部を各々１０点測定し、その平均値を弾性率とした。

また得られた現像ローラを、図４のような構成を有するキヤノン製レーザービームプリンタに装填し、画像耐久性の評価を行った。画像耐久性の評価は、上記の電子写真装置を用い、非磁性一成分ブラックトナーで１００００枚連続印刷後、ドラム上カブリを以下の基準で評価した。
◎：３％未満
○：３％以上５％未満
△：５％以上１０％未満
×：１０％以上。
次に１００００枚連続印刷の画像を比較し、現像スジを以下の基準で評価した。
◎：現像スジの発生が認められない。
○：極軽微な現像スジの発生が認められる。
△：画像に影響を及ぼす現像スジの発生が認められる。
×：画像に大きな影響を及ぼす現像スジの発生が認められる。

さらに画像耐久試験後の現像ローラを取り出し、表面のトナーを除去し、光学顕微鏡にて現像ローラ表面の樹脂粒子を観察し、以下の基準で現像ローラ表面の摩耗を評価した。
◎：樹脂粒子上のマトリックスポリマーの磨耗が認められない
○：樹脂粒子上のマトリックスポリマーが磨耗しているが樹脂粒子は露出していない
△：樹脂粒子上のマトリックスポリマーが磨耗して樹脂粒子が一部露出している
×：樹脂粒子上のマトリックスポリマーが磨耗して樹脂粒子の大部分が露出している。

以上の結果を表１及び図５に示す。

実施例１〜６のローラはいずれも良好な画像耐久性を示した。特に樹脂粒子の弾性率が０．１０〜０．３０ＭＰａ、マトリックスポリマーの弾性率が０．０４〜０．１２ＭＰａである実施例１〜４は高い画像耐久性を示した。それに対し（Ｂ−Ａ）＞０．２０である比較例１及び２は、ローラ表面の粒子上のポリマーが磨耗して粒子が露出し、トナーフィルミングを発生した結果連続耐久試験後の画像にカブリが生じた。（Ｂ−Ａ）＜−０．１８である比較例３は、トナー規制ブレードとの当接部において粒子が変形しトナーに対しストレスが加わり、連続耐久試験後の画像に現像スジが生じた。

本発明の現像ローラの一例を示す概念図である。本発明の現像ローラの一例の断面を示す概念図である。本発明のプロセスカートリッジの一例を示す概念図である。本発明の電子写真画像形成装置の一例を示す概念図である。実施例における画像耐久性試験の結果を示す図である。

符号の説明

１：現像ローラ
２：軸芯体
３：弾性層
４：導電性樹脂層
５：感光ドラム
６：帯電装置
７：レーザー光
８：現像装置
９：現像ローラ
１０：トナー供給ローラ
１１：規制ブレード
１２：トナー
１３：転写ローラ
１４：クリーニングブレード
１５：廃トナー容器
１６：定着装置
１７：紙
１８：現像容器

Claims

軸芯体の周囲に弾性層を有し、該弾性層の外周に少なくとも導電性樹脂層を具備した現像ローラにおいて、該導電性樹脂層が少なくとも樹脂粒子を含み、かつ、該導電性樹脂層のマトリックスポリマーの弾性率をＡ（ＭＰａ）、該樹脂粒子の弾性率をＢ（ＭＰａ）とするとき、０．２０≧（Ｂ−Ａ）≧−０．１８（ＭＰａ）であることを特徴とする現像ローラ。
前記樹脂粒子の弾性率Ｂが０．１０〜０．３０ＭＰａである請求項１記載の現像ローラ。
前記導電性樹脂層のマトリックスポリマーの弾性率Ａが０．０４〜０．１２ＭＰａである請求項１または２記載の現像ローラ。
電子写真装置に着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、請求項１〜３いずれか記載の現像ローラを具備することを特徴とするプロセスカートリッジ。
潜像を担持する感光体に対向した状態でトナーを担持する現像ローラを備え、該現像ローラが前記感光体に前記トナーを付与することにより前記潜像を可視化する電子写真装置において、請求項１〜３いずれか記載の現像ローラを具備することを特徴とする電子写真装置。