説明

現像ローラ

【課題】高速で長期に亘って画像形成を行ってもバンディングの発生を抑制し高品位な画像形成を可能とする現像ローラを提供する。
【解決手段】軸芯体と、導電性弾性層とを有する現像ローラであって、該導電性弾性層は、該軸芯体側から第1の導電性弾性層及び該第1の導電性弾性層に積層される第2の導電性弾性層を有し、
該第2の導電性弾性層の固有振動数が、該第1の導電性弾性層の固有振動数の2.35倍以上、8.0倍以下である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は電子写真装置に用いられる現像ローラに関する。
【背景技術】
【0002】
電子写真装置において、現像ローラに圧接配置されるトナー供給ローラによって、現像ローラにトナーが供給されると、現像ローラ上のトナーは現像ローラの回転に伴いトナー規制ブレードにより均一厚膜とされると同時に、摺擦されて正又は負に帯電される。更に、現像ローラの回転によりトナーが搬送され、現像ローラに圧接して配置される感光体表面の静電潜像にトナーが転移され、現像が行われる。
【0003】
このように、現像ローラは、感光体やトナー規制ブレード及びトナー供給ローラ等の部材と圧接した状態で回転する上、感光体表面へ供給するトナー量を充分にして画像濃度を出すために、通常、現像ローラは、感光体に比べ速い速度で回転している。
【0004】
このような環境においては、現像ローラは当該現像ローラと当接する部材と圧接されることによって弾性変形し、歪が生じる。そして、この歪が開放されるときに振動が発生する。現像ローラに生じた振動は、これに当接配置される部材に伝わり、トナー供給ローラにおいては、トナー取り込み量が変化し、現像ローラへのトナー供給量が変化し、現像ローラ上のトナー厚が不均一になることがある。また、感光体と現像ローラのニップ幅にも変化が生じ、静電潜像へのトナー供給量が変動する。このような摩擦による現像ローラの弾性変形と、歪の開放は、画像上に数百μmから数mm間隔の横スジ、所謂バンディングとなって現れる。
【0005】
現像ローラは、上記のようなそれ自体の振動以外にも、感光体を回転させるモータの振動や回転ムラや、ギア等の運動の伝達機構が長期に亘る強い負荷により、磨耗、変形して発生する振動等外因により、振動する場合もある。電子写真装置に対する更なる高速化や高画質化の要求により、現像ローラは、外因、内因の振動によるバンディングを発生させ易い状況下に置かれている。
【0006】
このような電子写真装置に用いられる導電性ローラの振動を抑制する手法として、発泡倍率が2以上で、かつ発泡後の比重が0.5以上の発泡ゴム層を有することで導電性ローラの振動を抑制する手法が提案されている(特許文献1)。また、導電性発泡弾性層(スポンジ層)の外周面に形成されるゴム層の材料に補強性の弱い無機フィラーを高充填し、上記ゴム層の比重を高くすることで導電性ローラの振動を抑制する手法が提案されている(特許文献2)。
【0007】
しかしながら、特許文献1及び特許文献2に記載の導電性ローラにおいては、特定の振動に対してのみ考慮されており、想定外の振動に対しては振動抑制の効果が不充分で、場合によってはバンディングが発生しやすくなることもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2004−279578号公報
【特許文献2】特開平04−159571号公報
【非特許文献】
【0009】
【非特許文献1】「今日からモノ知りシリーズ トコトンやさしい振動・騒音の本」山田伸志著、初版、日刊工業新聞社、2007年3月25日、24−25頁
【非特許文献2】「新版 防振ゴム」戸原春彦、外10名共著、新版、社団法人日本鉄道車両工業会、平成10年10月30日、97−99頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明の課題は、高速で長期に亘って画像形成を行ってもバンディングの発生を抑制し高品位な画像形成を可能とする現像ローラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明者らは、鋭意検討の結果、現像ローラを構成する導電性弾性層が二層構造を有し、各層の固有振動数比を最適化することで、現像ローラの振動を抑制でき、長期に亘って高品位な画像形成を行い得ることを見出した。
【0012】
即ち、本発明の現像ローラは、軸芯体と、導電性弾性層とを有する現像ローラであって、該導電性弾性層は、該軸芯体側から第1の導電性弾性層及び該第1の導電性弾性層に積層される第2の導電性弾性層を有し、第2の導電性弾性層の固有振動数が、第1の導電性弾性層の固有振動数の2.35倍以上、8.0倍以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0013】
本発明の現像ローラによれば、これと圧接する部材との摩擦や相対速度差、モーター・ギアの振動等の内因、外因による現像ローラの振動が抑制され、高速かつ長期に亘り良好な画像形成を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の現像ローラの一例を示す模式的断面図である。
【図2】本発明の現像ローラの一例を用いた電子写真装置を示す概略構成図である。
【図3】本発明の現像ローラの一例を用いた電子写真プロセスカートリッジを示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明者らは、上記の課題に対して振動吸収能を有する現像ローラを得るため、種々の振動吸収に関わる技術について検討を行った。
【0016】
非特許文献1の第25頁には、ばねの振動伝達率と周波数比(強制振動数/固有振動数)との関係を示したグラフが記載されている。そして、このグラフから、周波数比1のときには共振によって振動が最大となること、および周波数比が√2以上では振動伝達率が漸次減少していくことが分かる。また、同グラフには、周波数比が約2.4〜3のときには振動伝達率が0.5以下となり、このような周波数比の領域が防振の領域であることが記載されている。また、非特許文献2の第97頁、図7.2には、上記非特許文献1の第25頁に記載のグラフと同旨のグラフが記載されている。
【0017】
上記非特許文献1、2から分かるように、ばね等を用いた振動吸収においては、周波数比を少なくとも√2より大きくすることが必要であり、とくには、3以上とすることが好ましいことが知られている。
【0018】
そこで、本発明者らは、図1に示すような、軸芯体1に第1弾性層2及び第2弾性層3からなる弾性層4が設けられた現像ローラをモデルとして取り上げた。そして、現像ローラの表面側の第2弾性層3を振動源、軸芯体1側の第1弾性層2を防振ゴムと見做し、現像ローラの外部から第2弾性層3に伝えられた振動を、第1弾性層2によって減衰させ、軸芯体1への当該振動の伝達を抑制するために第1弾性層2に要求される周波数比を求めてみた。
【0019】
すなわち、非特許文献2の第98頁には式(7.6)として、振動伝達率と周波数比(ω/ωn)および減衰比率(C/Cc)との関係を示した下記式(1)が記載されている。
【0020】
【数1】

【0021】
そこで、上記式(1)を用いて振動伝達率が0.5となる周波数比を計算した。ここで、減衰比率(C/Cc)には0.5を代入した。その理由は、現像ローラの弾性層には主にゴムが用いられ、ゴムは通常0.2〜0.3の減衰比率を示すからである。つまり、非特許文献1、2のグラフに示されているように、周波数比が√2より大きい領域においては、減衰比率が大きいほど振動伝達率が大きくなる。よって、上記式(1)の減衰比率(C/Cc)の項に0.5を代入して求められる周波数比(ω/ωn)の値は、第2弾性層との関係において第1弾性層を十分に防振ゴムとして機能させるものとなると考えられる。計算の結果、第1弾性層が有するべき固有振動周波数は、第1弾性層の固有振動周波数の2.35以上となる。
【0022】
次いで、本発明者らは、第1弾性層の周波数を、第2弾性層の周波数の2.35以上とするべく、第1弾性層および第2弾性層の材質について検討を行った。その結果、第1弾性層および第2弾性層の各々のゴム材料と当該ゴム材料中に含有させる充填剤の選択により、上記の周波数比に調整できることを見出した。本発明は、かかる検討の結果に基づきなされたものである。
【0023】
以下に、本発明に係る現像ローラについて詳述する。
本発明の現像ローラは、図1に示すように軸芯体1と、導電性弾性層4とを有し、該導電性弾性層4は、該軸芯体側から第1の導電性弾性層(以下、第1層ともいう。)2及び該第1層に積層される第2の導電性弾性層3(第2層ともいう。)とを有する。
【0024】
そして、第1層2は、その固有振動数(f1)が第2層3の固有振動数(f2)の2.35以上、8.0以下である。
【0025】
ここで、第1層および第2層の固有振動数比(f2/f1)の下限値を2.35とすることの技術的意義は、先に述べた通り、第1弾性層を優れた防振機能を有するものとし、ローラ面に外部から加わる振動が軸芯体へ伝達するのを抑制することである。
【0026】
一方、上限値を8.0とした理由は、本発明者らの実験の結果、現像ローラとして用いたとき、ローラ表面上にトナー融着等の問題が生じない弾性層材料組成の中で、固有振動数比を8.0より大きくすることのできる材料組成が見出せなかったことによる。
【0027】
[軸芯体]
軸芯体は、弾性層を支持し、弾性層に所望の電荷を付与する際の電極として機能する導電性を有するものである。材質としては、例えば、鉄、銅、ステンレス、アルミニウム、ニッケル、チタン等の金属やその合金を挙げることができる。また、これらの表面に耐傷性付与を目的として、導電性を損なわない範囲で、メッキ処理を施してもよい。また、軸芯体として、樹脂製の基材の表面を金属で被覆して表面を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できる。軸芯体の形状として、棒状又はパイプ状等を選択することができる。
【0028】
軸芯体の外径は4mm以上20mm以下であることが好ましい。該外径が4mm以上であれば感光体等との当接による軸芯体の撓みを抑制することができ、外径が20mm以下であれば電子写真装置の小型化及び省スペース化が容易となる。
【0029】
また、軸芯体とその上層との密着性を向上させる目的で、必要に応じて、軸芯体の外周面上にプライマー処理層を形成してもよい。この場合、プライマーは導電性であることが好ましい。導電性とするため、プライマーには公知の導電剤を含有するものを用いることができる。接着剤に導電性を付与するための導電剤としては、後に詳述する導電剤から適宜選択し、単独で、また2種類以上組み合わせて、用いることができる。
【0030】
プライマーのバインダーとしては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂が挙げられるが、ウレタン系、アクリル系、ポリエステル系、ポリエーテル系、エポキシ系の公知のものを用いることができる。
【0031】
[弾性層]
上記弾性層は、導電性であり、軸芯体側から第1層及び該第1層に積層される第2層を有し、第2層の固有振動数が、第1層の固有振動数の2.35倍以上、8.0倍以下である。弾性層は第1層、第2層以外の層を有する3層以上の層構造を有していてもよいが、第1層と第2層は相互に接触して設けられればよい。第2層と第1層の固有振動数が上記の関係を有することにより、第1層と第2層間の振動位相のずれが大きくなり、バンディングの抑制効果を有するものとなる。第2層の固有振動数は、第1層の固有振動数の3.0倍以上、6.0倍以下であることが好ましい。
【0032】
そして第1層の固有振動数として、例えば、100Hz以上、600Hz以下を挙げることができ、好ましくは、150Hz以上、300Hz以下を挙げることができる。第2層の固有振動数として、例えば、400Hz以上、1400Hz以下を挙げることができ、好ましくは、500Hz以上、1200Hz以下を挙げることができる。第1層、第2層が上記固有振動数を有すると、現像ローラにおいて、優れた振動抑制効果を得ることができる。
【0033】
[固有振動数]
弾性層の固有振動数は、ばねの固有振動数を求める下記式(2)を適用して、弾性層の弾性率から求めた値を採用することができる。式(2)中、fは一端を固定したばねの固有振動数、Kはばね定数[N/m]、Mは他端につけたおもりの質量[kg]を示す。
【0034】
【数2】

【0035】
弾性層のある点に着目すると、式(2)中のMは、単位面積当たりの質量で置き換えることができる。従って、弾性層の固有振動数は、式(2)中のKに、弾性層を構成しているゴムの弾性率k、Mに弾性層の単位面積当りの質量、即ち、層厚tと比重σの積を挿入して算出される値f0として、式(3)から求めることができる。
【0036】
【数3】

【0037】
弾性層の第1層の固有振動数f1に対する第2層の固有振動数f2の比の値f2/f1を、
2.35≦f2/f1≦8.0
の数値範囲内とするためには、上記式(3)から、各弾性層の弾性率、比重および厚さを調整する。具体的には、第2弾性層について、弾性率を第1弾性層の弾性率より大きくし、比重と層厚との積を第1弾性層よりも小さくする。これによって、上記固有振動数比を満たす弾性層を形成し得る。
【0038】
次に、f2/f1の値を上記した数値範囲を満たすような第1弾性層および第2弾性層の調製方法について述べる。
[弾性層バインダー材料の選択]
弾性層を形成するバインダーとしては、上記固有振動数の関係を満たすものであれば、制限されるものではなく、天然ゴムやこれを加硫処理したもの、合成ゴムを用いることができる。合成ゴムとしては、具体的に、以下のものを例示することができる。エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、シリコーンゴム、ウレタンゴム、イソプレンゴム(IR)、ブチルゴム(IIR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)。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、フッ素ゴム等。これらは1種を用いても、2種以上を組み合わせて用いることもできる。
【0039】
そして、上記固有振動数の関係を調整するためには、第1層に、第2層よりも比重の大きいゴムを含有させることが好ましい。以下に、第1層及び第2層に含有させることが好ましいゴム材料を挙げる。
第1層
エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム及びフッ素ゴムからなる群から選択される1種または2種以上のゴム。
【0040】
第1層に含有させることが好ましいエピクロルヒドリンゴムの具体例としては以下のものを挙げることができる。
【0041】
エピクロルヒドリン単独重合体、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド共重合体、エピクロルヒドリン−アリルグリシジルエーテル共重合体及びエピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル三元共重合体。
【0042】
これらのうち、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル三元共重合体は、安定した中抵抗領域の導電性を示し、重合度や組成比を任意に調整することにより、導電性や加工性の制御が容易であることから好ましい。
第2層
アクリロニトリルブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム及びブタジエンゴムからなる群から選択される1種または2種以上のゴム。
【0043】
[フィラーの選択]
弾性層の比重および弾性率は、弾性層に含有させるフィラーの種類および量を選択することによって調整することができる。
【0044】
一般にフィラーの含有量を増やすほど弾性層中のゴムの補強効果が高まるため、弾性層の弾性率は上昇する。また、フィラーとしてゴムの補強効果の高いものを用いることによっても弾性層の弾性率は上昇する。
【0045】
一方、フィラーの体積平均粒径が大きいほど、弾性層の弾性率は低下する。
従って、フィラーを用いて、f2/f1の値を大きくする方向に調整する具体的な方法としては下記(1)〜(3)の方法が挙げられる。
(1)第2弾性層中のフィラーの含有量を第1弾性層中のフィラー含有量よりも多くすること。より好ましくは、第1層にはフィラーを含有させず、第2層にのみフィラーを含有させること。
【0046】
具体的には、例えば、第1層及び第2層の両方に、体積平均粒径の等しいカーボンブラックやシリカをフィラーとして含有させる場合においては、第2層中のフィラー量を、第1層中のフィラー量に対して質量基準で9〜100倍とすることが挙げられる。
【0047】
各弾性層に含有させることのできるフィラーとしては、無機化合物の粒子や、有機化合物の粒子が挙げられる。
【0048】
無機化合物の粒子の材料の具体例を以下に挙げる。酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウム、酸化チタン(二酸化チタン、一酸化チタン等)、酸化鉄、シリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸バリウム。ジルコン酸カルシウム、硫酸バリウム、二硫化モリブデン、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイト、タルク、カオリンクレー、マイカ、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム。ゼオライト、ウオラストナイト、珪藻土、ガラスビーズ、ベントナイト、モンモリナイト、中空ガラス球、有機金属化合物や、有機金属塩。フェライト、マグネタイト、ヘマタイト等の酸化鉄類や活性炭。
【0049】
有機化合物の粒子を構成する材料の具体例を以下に挙げる。ポリアミド、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、(メタ)アクリル樹脂、スチレン樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、オレフィン樹脂、エポキシ樹脂、これらの共重合体や変性物、誘導体等の樹脂。エチレン−プロピレン−ジエン共重合体(EPDM)、スチレン−ブタジエン共重合ゴム(SBR)、シリコーンゴム、ウレタンゴム、イソプレンゴム(IR)、ブチルゴム、クロロプレンゴム(CR)。
(2)第2層中に含有させるフィラーとして、第1層中に含有させるフィラーよりもゴムの補強効果が高いフィラーを用いること。この場合において、ゴムの補強効果が高いフィラーとしては、後述するカーボンブラックやシリカが挙げられる。一方、ゴムの補強効果がカーボンブラックやシリカと比較して相対的に低いフィラーとしては、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化マグネシウム等が挙げられる。
(3)第2層中の含有させるフィラーの体積平均粒径を、第1層中に含有させるフィラーのそれよりも小さくすること。
【0050】
具体的には、例えば、第1層及び第2層の両方に、フィラーとしてカーボンブラックを用いる場合においては、第1層に含有させるカーボンブラックの体積平均粒径を100〜900nmとし、第2層に含有させるカーボンブラックの体積平均粒径を10〜50nmとすることで第1層及び第2層にフィラーに由来する有意な弾性率の相対的な差を持たせることが可能である。
【0051】
ところで、弾性層へのフィラーの添加は、上記したように、弾性層の弾性率を上昇させる方向に作用する。すなわち、f2/f1の値を大きくすることを目的として、第1層にフィラーを含有させることによって第1層の比重を第2層の比重よりも大きくしようとすると、第1層の弾性率が増加し、上記の目的の達成に不利に作用することとなる。従って、第1層の比重の調整は、主には、第1層に含有させるゴム種の適切な選択によって行うことが好ましい。より好ましくは、第1層にはフィラーを含有させないことが理想的である。
【0052】
一方、第2層の比重および弾性率の調整は、ゴム材料の選択、フィラー種の選択および添加量の調整によって行うことが好ましい。
【0053】
ここで、第2層に含有させるフィラーとしては、比重の小さいフィラーを用いることがf2/f1の値を大きくする上では好ましい。比重の大きなフィラーの使用は、第2層の弾性率を上昇させる方向には作用するものの、f2の値を小さくする方向に作用してしまう。従って、第2層の弾性率を調整するフィラーとしては、比重の小さなフィラーを用いることが好ましい。
【0054】
このようなフィラーの具体例としては、カーボンブラックやシリカが挙げられる。これらのフィラーは、ゴムを補強する効果が高いため、弾性層の弾性率を飛躍的に上昇させることが可能であり、かつ、比重が2近辺と小さな値を有するため、f2をより大きくする方向に調整することが可能である。
【0055】
カーボンブラックとしては、ブラックファーネスブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラックを例示することができる。ファーネスブラックとしては以下のものを例示することができる。SAF−HS、SAF、ISAF−HS、ISAF、ISAF−LS、I−ISAF−HS、HAF−HS、HAF、HAF−LS、T−HS、T−NS、MAF、FEF、GPF、SRF−HS−HM、SRF−LM、ECF、FEF−HS。サーマルブラックとしては、FT、MTを例示することができる。
シリカとしては、四塩化ケイ素を酸素と水素で燃焼して作られる気相法による乾式シリカ、ケイ酸ナトリウムと硫酸等の鉱酸から作られるシリカを微粉砕化、球状処理化した湿式シリカ、コロイダルシリカ、合成ケイ酸塩を用いることができる。
【0056】
[弾性層の弾性層及び層厚]
第1層および第2層の弾性率に関して、上記のf2/f1の関係を満たすことを前提として、各々以下のような数値範囲内にあることが好ましい。
【0057】
第1層:3MPa以上、35MPa以下、より好ましくは、3MPa以上、7MPa以下とし、
第2層:8MPa以上、55MPa以下、より好ましくは、14MPa以上、48MPa以下。
【0058】
また、第1層および第2層の弾性率が上記の範囲内にあることを前提として、第2層の具体的な厚さとしては、200μm以上、1500μm以下、特には、300μm以上、1200μm以下の範囲内とすることが更に好ましい。
【0059】
弾性率が相対的に大きな第2層の厚みを上記範囲内とすることで、現像ローラと感光体間及び現像ローラとトナー規制部材間に形成されるニップ幅を大きくし得る。また弾性率を抑えることでトナー融着等の問題も低減される。そして、第1層の厚さは、第2層の厚さの0.75倍以上、14.3倍以下が好ましく、より好ましくは、1.00倍以上、6.67倍以下である。第2層の層厚は、第1層の層厚の0.07倍以上、1.3倍以下であることが好ましく、より好ましくは0.15倍以上、1.0倍以下である。
【0060】
第1層および第2層には、上記のf2/f1の関係を維持することを前提として、上記物質の機能を阻害しない範囲で、硬度を調整する軟化油、可塑剤、その他種々の機能を付与する、老化防止剤、充填剤等の添加剤を含有していてもよい。
例えば、第1層及び第2層に、導電性を付与する導電剤を含有させることができる。導電剤としては、イオン導電剤、電子導電剤の何れも使用することができるが、電子導電剤の添加は、弾性層の固有振動数に影響を与える可能性があるため、導電性の調整には、イオン導電剤を用いることが好ましい。
【0061】
イオン導電剤としては、環境変化に対して抵抗が安定なことから過塩素酸4級アンモニウム塩が好適であり、特に、弾性層のバインダーに極性ゴムを使用する場合は、アンモニウム塩を用いることが好ましい。
【0062】
各弾性層の体積抵抗率としては、温度23℃/湿度50%RH環境下で102Ω・cm以上108Ω・cm以下とすることが好ましい。
【0063】
第1層及び第2層の硬度としては、マイクロ硬度(MD−1型)で70°以下、特には、60°以下とすることが好ましい。なぜなら、弾性層のマイクロ硬度(MD−1型)が70°以下であれば、現像ローラと感光体間のニップ幅を安定して得ることができ、60°以下であれば、トナーへ与える機械的ストレスが少なく、現像ローラ表面へのトナー固着を抑制することができる。
【0064】
ここで、マイクロ硬度(MD−1型)は、アスカーマイクロゴム硬度計MD−1型(高分子計器株式会社製)を用い、常温常湿(温度23℃/湿度55%RH)の環境中に12時間以上放置した後、10Nのピークホールドモードで測定した測定値を採用できる。
【0065】
上記弾性層の形成方法としては、バインダーゴム、導電剤、フィラー等を混練して得られた弾性層用材料を押出成形、射出成形する方法を挙げることができる。具体的には、第1層用材料と第2層用材料を調製し、押出成形機によりこれらの材料と共に、軸芯体を同時一体的に押出成形し、加硫する方法が挙げられる。複数層を同時一体的に押出成形することにより工数の簡素化が可能になる。
【0066】
他の方法として、軸芯体上に未加硫の第1層を成形したローラを調製し、別途、第2層用材料を未加硫のチューブ又はシートに成形し、このチューブ又はシートで被覆した未加硫のローラを金型内で加硫する方法が挙げられる。
【0067】
更に、他の方法として、未加硫の第1層を成形、加硫したローラを作製し、別途、第2層用材料をチューブ状に成形し、加硫まで終了させてチューブ形状の第2層を形成する。その後、チューブ形状の第2層内に空気を流しつつ、第1層を形成したローラを挿入する方法を例示できる。
【0068】
得られた弾性層は必要に応じて研磨加工や、表面処理を行うことができる。研磨加工は、トラバース方式のNC円筒研磨機、プランジカット方式のNC円筒研磨機を用いて行うことができ、クラウン形状等に形成することができる。表面処理としては、UVや電子線を用いた処理や、化合物を表面に付着、又は含浸させて行う表面改質処理を挙げることができる。
【0069】
[表面層]
上記現像ローラは、上記弾性層の機能を損なわない範囲で、他の層を有していてもよい。例えば、軸芯体と第1層間に密着性を向上させるプライマー層、第2層上に積層する表面層、第2層と表面層間のプライマー層等を挙げることができる。
【0070】
表面層は、トナーへの帯電性制御や離型性を図り、現像ローラの機械的強度を向上させ得るものが好ましい。
【0071】
表面層に用いる材料としては、有機系、無機系の材料を用いることができる。有機系材料としては、具体的には、以下のバインダー樹脂を挙げることができる。ポリアミド、フッ素樹脂、ポリカーボネート;スチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル樹脂等のビニル系樹脂等の熱可塑性樹脂。エポキシ樹脂、ポリエステル、アルキッド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、アクリルウレタン樹脂、尿素樹脂、シリーコン樹脂等の熱硬化性樹脂。これらのうち、ポリアミド、ウレタン樹脂、アクリルウレタン樹脂がより好ましい。これらは、単独で用いても、また、2種以上を組み合わせて用いることもでき、また、これら樹脂の原料の単量体を共重合させた共重合体であってもよい。
【0072】
無機材料としては、シリカや炭素を挙げることができる。シリカ膜はケイ素原子と化学結合している炭素原子を含むオルガノポリシロキサンからなり、オルガノポリシロキサンの全原子中、ケイ素原子及び酸素原子が60原子%以上であるものが好ましい。炭素膜としては高硬度、電気絶縁性、赤外線透過性を有するダイヤモンドライクカーボン(DLC)が挙げられる。DLCは炭素原子を主骨格とし、かつ若干の水素原子を含有し、ダイヤモンドの共有結合(SP3混成軌道による結合)とグラファイトの共有結合(SP2混成軌道による結合)の両方の結合が混在しているアモルファス構造を有する。
【0073】
表面層には、上記弾性層の機能を損なわない範囲で、他の粒子を含有させることができる。他の粒子としては、前記絶縁性粒子を挙げることができる。絶縁性粒子は1種を使用しても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0074】
表面層には、更に、離型性を向上させるために、離型剤を含有させてもよい。表面層に離型剤を含有させることで、現像ローラ表面にトナーが固着することを抑制し、現像ローラの耐久性を向上させることができる。離型剤が液体の場合は、表面層を形成する際にレベリング剤としても作用する。
【0075】
このような離型剤として、低表面エネルギーを有するもの、摺動性を有するものを利用することができ、その性状として、固体及び液体のものを用いることができる。具体的には、黒鉛、フッ化黒鉛、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、窒化ホウ素、一酸化鉛等の金属酸化物である。また、オイル状或いは固体状(離型性樹脂或いはその粉末、ポリマーの一部に離形性を有する部位を導入したもの)のケイ素やフッ素を分子内に含む化合物、ワックス、高級脂肪酸、その塩やそのエステル、その他の誘導体も使用できる。
【0076】
表面層の厚みは、形成される表面層の種類や形成方法により適宜選択することができる。有機系表面層の場合、その厚みは3μm以上1000μm以下であることが好ましい。厚みが3μm以上であれば均一な層厚を得ることができ、1000μm以下であれば、体積抵抗ムラが生じるのを抑制することができる。無機系表面層の厚みは0.01μm以上3μm以下が好ましい。厚みが0.01μm以上であれば、弾性層を被覆して、弾性層の削れ及び磨耗を長期に亘って抑制することができ、3μm以下であれば、表面層に割れが生じるのを抑制することができる。
【0077】
上記表面層は、静電スプレーやディッピング等の湿式法や、エピタキシャル成膜による乾式法、又は、予め所定の膜厚にシート又はチューブを接着又は被覆する方法、成形型を用いて、注入、硬化する方法を用いることもできる。
【0078】
湿式法の塗布液に用いられる溶剤としては、バインダーを溶解することができる溶剤であればよい。具体的には以下のものを挙げることができる。メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド類。ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールモノメチルエーテル等のエーテル類、酢酸メチル、酢酸エチル等のエステル類。キシレン、リグロイン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等の芳香族化合物。
【0079】
塗布液を調製する方法としては、ボールミル、サンドミル、ペイントシェーカー、ダイノミル、パールミル等の溶液分散手段を用いて、バインダー、導電剤、絶縁性粒子等を分散して調製することができる。
【0080】
乾式法としては、プラズマCVD法、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の物理的気相成長(PVD)法やプラズマCVD、熱CVD、レーザーCVD等の化学的気相成長(CVD)法を使用することができる。
【0081】
表面層の成形後、更に、表面処理を行うこともできる。表面処理としては、上記弾性層の表面処理と同様の処理を挙げることができる。
【0082】
[現像ローラ]
上記現像ローラの形状は、感光体に対するニップ幅を長手方向において均一にするため、長手方向中央部が一番太く、長手方向両端部にいくほど細くなるクラウン形状としてもよい。クラウン量は、中央部の外径と中央部から90mm離れた位置の外径との差が、30μm以上100μm以下であることが好ましい。
【0083】
また、現像ローラの体積抵抗率は、温度23℃/湿度50%RH環境において、1×106Ω・cm以上、1×1010Ω・cm以下であることが、感光体の静電潜像へのトナー供給を良好に行う上で、好ましい。
【0084】
現像ローラの体積抵抗率は、以下の測定方法により求めることができる。軸芯体の両端を、現像ローラ表面がこれと平行に配置した金属ローラ表面に、一定の負荷、例えば、4.9Nを受けて当接するように、支持する。この状態で、金属ローラを、例えば、周速45mm/secで回転させ、現像ローラを従動回転させながら、金属ローラに直流電圧、例えば、−200Vを印加する。このとき、現像ローラに流れる電流を測定し、現像ローラの電気抵抗値を算出する。
【0085】
[電子写真装置]
本発明の現像ローラの一例を備える電子写真装置を、図2の概略構成図に示す。この電子写真装置は、例えば、ブラック、マゼンダ、イエロー、シアンの各色インク毎に、図3に示すプロセスカートリッジが設けられ、このカートリッジが着脱可能に装着されたカラー画像形成装置である。
【0086】
プロセスカートリッジは、現像ローラ6、トナー供給ローラ7、トナー容器8及びトナー規制ブレード9からなる現像装置10と、感光体5、クリーニングブレード14、廃トナー収容容器13、帯電部材12を一体化したものである。現像ローラ6は現像バイアス電源20から、トナー規制ブレード9はブレードバイアス電源19から、それぞれ電圧が印加されるようになっている。
【0087】
感光体5は矢印方向に回転し、帯電部材12によって一様に帯電され、レーザー光11により、その表面に静電潜像が形成される。上記静電潜像は、感光体5に対して接触配置される現像ローラによって搬送されるトナーが付与されて現像され、トナー像として可視化される。可視化された感光体上のトナー像は、一次転写バイアス電源18により電圧が印加された一次転写ローラ17によって、中間転写ベルト22に転写される。各色のトナー像が順次重畳されて、中間転写ベルト上にカラー像が形成される。
【0088】
紙24は、給紙ローラ25により装置内に給紙され、二次転写対向ローラ16によりバックアップされている中間転写ベルト22と二次転写ローラ17の間に搬送される。二次転写ローラ21は、二次転写バイアス電源23から電圧が印加され、中間転写ベルト上のカラー像を紙24を介して印加して、カラー像を紙上に転写する。カラー像が転写された紙24は、定着装置15により定着処理され、装置外に廃紙されプリント動作が終了する。
【0089】
一方、転写されずに感光体上に残存したトナーは、感光体表面をクリーニングブレード14により掻き取られ廃トナー収容容器13に収納され、クリーニングされた感光体5は上述工程を繰り返し行う。また転写されずに一次転写ベルト上に残存したトナーもクリーニング装置26により掻き取られる。
【実施例】
【0090】
以下に、本発明の帯電部材を具体的に詳細に説明する。
[実施例1]
[軸芯体]
軸芯体としてニッケルメッキを施したSUS製の芯金(φ6mm)に、プライマー(メタロックU−20:(株)東洋化学研究所製)を塗布した。これを30分間80℃で乾燥させた後、さらに1時間120℃で乾燥させたものを軸芯体として使用した。
[第1層用材料の調製]
以下の成分を、50℃に調整した密閉型ミキサーにて10分間混練した。
エピクロルヒドリンゴム(EO-EP-AGC三元共重合体、EO/EP/AGE=73mol%/23mol%/4mol%) 100質量部
炭酸カルシウム 50質量部
脂肪族ポリエステル系可塑剤 5質量部
ステアリン酸亜鉛 1質量部
2−メルカプトベンズイミダゾール(MB)(老化防止剤)0.5質量部
酸化亜鉛 7質量部
四級アンモニウム塩(アデカサイザーLV70:旭電化工業社製)2質量部
カーボンブラック(サーマックスフローフォームN990:カナダCancarb社製)
5質量部
次いで、混練物にエピクロルヒドリンゴム三元共重合体100質量部に対して加硫剤として硫黄1.2質量部、加硫促進剤としてジベンゾチアジルスルフィド(DM)1質量部及びテトラメチルチウラムモノスルフィド(TS)1質量部を添加した。この混合物を温度20℃に冷却した二本ロール機にて10分間混練して、第1層用材料を得た。
【0091】
[第2層用材料の調製]
以下の成分を温度50℃に調節した密閉型ミキサーにて15分間混練した。
アクリロニトリルブタジエンゴム(JSR230SV:JSR社製)100質量部
ステアリン酸亜鉛 2質量部
酸化亜鉛 7質量部
炭酸カルシウム 25質量部
カーボンブラック(トーカブラック#7360SB:東海カーボン社製)50質量部
次いで、混練物にアクリロニトリルブタジエンゴム100質量部に対して加硫剤として硫黄1.2質量部、加硫促進剤としてテトラベンジルチウラムジスルフィド4.5質量部を添加した。この混合物を温度20℃に冷却した二本ロール機にて15分間混練し、第2層用材料を得た。
【0092】
[表面層用塗布液の調製]
ポリオール(ニッポラン5033: 日本ポリウレタン社製)と硬化剤としてイソシアネート(コロネートL:日本ポリウレタン社製)とを合わせて100質量部とした。その際、両者の配合比率は[NCO]/[OH]のモル比の値が1.2となるようにした。メチルエチルケトンで希釈し、導電剤としてカーボンブラック(#7360SB:東海カーボン製)を固形分に対し50質量部、表面粗し粒子としてナイロンビーズ(SP500 東レ社製)を固形分に対し20質量部添加した。その後混合物を十分に分散したものに、硬化剤(コロネートL:日本ポリウレタン社製)をウレタン塗料に対し10質量部添加、攪拌し、表面層用塗布液を得た。
【0093】
[現像ローラの作製]
2層同時クロスヘッド押出機を用いて、上記軸芯体と共に、第1層用材料及び第2層用材料をクロスヘッド押出し、軸芯体の外周に未加硫の第1層と第2層を積層したローラを作製した。クロスヘッド押出機において、スクリュー部の回転数を調整し、第1層の層厚が2.5mm、第2層の層厚が1mmになるよう、押出外径12.5mmに調整した。次いで、熱風炉にて、温度160℃で1時間加熱後、ゴムの両端部を除去し、弾性層外周面を、プランジカット式の円筒研磨機を用いて研磨し、外径12mmの弾性層を得た。その後、表面層用塗布液に弾性層を浸漬し、引き上げて乾燥させ、140℃にて4時間加熱処理し、層厚約10μmの表面層を作製し、現像ローラ1を得た。
【0094】
得られた現像ローラについて、第1層、第2層のそれぞれについて、層厚、弾性率、比重を測定した。結果を表1に示す。
【0095】
[弾性率]
弾性層の弾性率の測定は、以下の測定方法により行なった。弾性率を測定する弾性層が表面に露出していない場合は、円筒研磨機等を用いて、表面に露出させた。表面に露出させた弾性層の表面は、十点平均表面粗さRzJIS(μm)で1μm以下に調製した。
【0096】
表面硬度測定装置(フィッシャースコープH100V:フィッシャーインストルメンツ社製)を用いて、弾性率を測定した。現像ローラは23℃/50%RH環境に12時間以上放置した後、測定を行った。
【0097】
測定条件は、300mNの荷重で、10μm/ secの速度で、触針を、露出した表面に10μm押し込んだときの弾性率を測定した。測定位置は、現像ローラの軸方向については、弾性層の軸方向中央部および弾性層の軸方向中央部と弾性層の軸方向両端部との中点との3ヶ所、周方向については、120°毎の3ヶ所の、合計9カ所とし測定値の算術平均値を弾性率とした。
【0098】
[表面粗さ]
表面の十点平均粗さRzJISは、JIS B 0601−1994表面粗さの規格に準じて測定し、表面粗さ測定器(SE−3500:株式会社小坂研究所製)を用いて行った。Rzは、現像ローラを無作為に6箇所測定し、その平均値として求めた。測定条件は以下の通りである。
カットオフ値 0.8mm
フィルタ ガウス
予備長さ カットオフ×2
レベリング 直線(全域)
評価長さ 8mm。
【0099】
[層厚]
現像ローラの断面を、弾性率を測定した各位置において、鋭利な刃物で切り出し、光学顕微鏡や電子顕微鏡で観察し、半径、第2層の層厚、表面層の層厚を測定し、半径から、第2層と表面層の合計層厚を減じて第1層の層厚を求めた。図3に示す9点の測定位置における平均値を算出した。
【0100】
[比重]
弾性層の比重の測定は、以下の測定方法により測定値を得て、算出した。作製した現像ローラの弾性層の各層を、空気中で約0.1g程度を切り出し、空中での重さと、水中での重さを測定することにより、比重を算出した。切断した弾性層を水中に完全に沈めるために、金属の重りを使用した。
【0101】
先ず、試料に金属、例えば、ステンレスの重りをつけた状態で空中の質量W(g)を測定した。次いでそのままの状態で水中での質量Ww(g)を測定した。また、金属の重りのみで、同様に、空中の質量WO(g)と水中の質量WwO(g)とを測定した。弾性層の比重(SG)はSG=(W−WO)/〔(W−WO)−(Ww−WwO)〕から算出した。
【0102】
更に、これらの値から固有振動数を算出し、以下のように振動の測定とバンディングの評価を行った。結果を表2に示す。
【0103】
[現像ローラの振動の測定]
レーザードップラー振動計(LV−1710、株式会社小野測器社製)により現像ローラの振動を測定できかつ、記録メディア出力スピード48ppm、プロセススピード250mm/sec、感光体に対し現像ローラの周速が1.4倍になるようレーザープリンタ(HPColorLaserJetCP3525X:ヒューレットパッカード社製)を改造した。このレーザープリンタに得られた現像ローラを組み込んだプロセスカートリッジをセットし、印字率0%のベタ白画像を出力し、その出力中に現像ローラの振動(振幅)を測定した。
【0104】
[バンディング評価]
得られた現像ローラをレーザープリンタ(HPColorLaserJetCP3525X:ヒューレットパッカード社製)のレーザープリンタ用プロセスカートリッジに組み込み、画像出力を行なった。レーザープリンタは、記録メディア出力スピード48ppm、プロセススピード250mm/sec、感光体に対し現像ローラの周速が1.4倍になるように改造して使用した。
【0105】
上記プロセスカートリッジに現像ローラ1を組み込み、温度23℃湿度50%RH環境にて24時間馴染ませた。その後、各環境にて1%の印字率で8000枚連続画像出力を行った。出力2000枚毎に、印字率0%のベタ白画像を出力し、その出力中にプリンタを停止し、プロセスカートリッジに組み込まれた現像ローラの表面上に数百μmから数mmピッチのトナーコートムラがないか確認した。トナーコートムラが生じていた場合バンディングとした。そして印字率100%のベタ画像及び印字率50%のハーフトーン画像を出力し、印字方向と垂直な方向に現像ローラの駆動ギア周期で発生するスジもバンディングとし以下の基準により評価した。
A:連続8000枚印字後も、バンディングが生じない。
B:連続8000枚印字後、軽微なバンディングが生じるが、実用上問題がない。
C:連続2000枚から8000枚印字以内に、バンディング画像が生じる。
D:連続2000枚以内に、バンディング画像が生じた。
【0106】
[実施例2]
クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が2.0mmに、第2層の層厚が1.5mmになるように調整した以外は、実施例1と同様に現像ローラ2を作製した。
【0107】
[実施例3]
第1層用材料を、カーボンブラックを添加しない以外は、実施例1と同様に調製し、第2層用材料を、カーボンブラックを100質量部に変更した以外は、実施例1と同様に調製した。クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が2.4mmに、第2層の層厚が1.1mmになるように調整した以外は、実施例1と同様に現像ローラ3を作製した。
【0108】
[実施例4]
第2層用材料を以下のものに変更し、クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が2.3mmに、第2層の層厚が1.2mmになるように調整した以外は、実施例1と同様にして、現像ローラ4を作製した。
[第2層用材料の調製]
以下の成分を温度50℃に調節した密閉型ミキサーにて10分間混練した。
アクリロニトリルブタジエンゴム(DN225、日本ゼオン社製) 100質量
ステアリン酸亜鉛 1質量部
酸化亜鉛 7質量部
炭酸カルシウム 25質量部
カーボンブラック(トーカブラック#7360SB:東海カーボン社製)45質量部
次いで、混練物にアクリロニトリルブタジエンゴム100質量部に対して加硫剤として硫黄1.2質量部、加硫促進剤としてジベンゾチアジルスルフィド(DM)1質量部及びテトラメチルチウラムモノスルフィド(TS)1質量部を添加した。この混合物を温度20℃に冷却した二本ロール機にて10分間混練し、第2層用材料を得た。
【0109】
[実施例5]
第1層用材料を、実施例4と同様に調製し、クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が1.5mmに、第2層の層厚が2.0mmになるように調整した以外は、実施例4と同様に現像ローラ5を作製した。
【0110】
[実施例6]
クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が2.8mmに、第2層の層厚が0.7mmになるように調整した以外は、実施例1と同様に現像ローラ6を作製した。
【0111】
[実施例7]
第1層用材料を、カーボンブラックを添加しない以外は、実施例1と同様に調製し、クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が1.8mmに、第2層の層厚が1.7mmになるように調整した以外は、実施例1と同様に現像ローラ7を作製した。
【0112】
[実施例8]
第1層用材料を、カーボンブラックを添加しない以外は実施例1と同様に調製し、第2層用材料を、カーボンブラックをトーカブラック#5500(東海カーボン社製)55質量部に変更した以外は、実施例1と同様に調製した。クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が2.5mmに、第2層の層厚が1.0mmになるように調整した以外は、実施例1と同様に現像ローラ8を作製した。
【0113】
[実施例9]
第2層用材料を、カーボンブラックをトーカブラック#4300(東海カーボン社製)45質量部に変更した以外は、実施例1と同様に調製した。クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が1.65mmに、第2層の層厚が1.85mmになるように調整した以外は、実施例1と同様に現像ローラ9を作製した。
【0114】
[実施例10]
第1層用材料を、カーボンブラックを添加せず、炭酸カルシウムを160質量部に変更した以外は、実施例1と同様に調製し、第2層用材料を、カーボンブラックをトーカブラック#5500(東海カーボン社製)60質量部に変更した以外は、実施例1と同様に調製した。クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が2.1mmに、第2層の層厚が1.4mmになるように調整した以外は、実施例1と同様に現像ローラ10を作製した。
【0115】
[実施例11]
第1層用材料を、カーボンブラックを添加せず、炭酸カルシウムを160質量部に変更した以外は、実施例1と同様に調製し、第2層用材料を、カーボンブラックをトーカブラック#5500(東海カーボン社製)100質量部に変更した以外は、実施例1と同様に調製した。クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が2.2mmに、第2層の層厚が1.3mmになるように調整した以外は、実施例1と同様に現像ローラ11を作製した。
【0116】
[実施例12]
第2層用材料を、カーボンブラックをトーカブラック#5500(東海カーボン社製)5質量部に変更し、炭酸カルシウムを150質量部に変更した以外は、実施例1と同様に調製した。クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が2.6mmに、第2層の層厚が0.9mmになるように調整した以外は、実施例1と同様に現像ローラ12を作製した。
【0117】
[実施例13]
第1層用材料、第2層用材料として以下のものを用い、クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が1.7mmに、第2層の層厚が1.8mmになるように調整した以外は、実施例1と同様にして、現像ローラ13を作製した。
[第1層用材料の調製]
エピクロルヒドリンゴム(EO-EP-AGC三元共重合体、EO/EP/AGE=40mol%/56mol%/4mol%) 100質量部
炭酸カルシウム 60質量部
脂肪族ポリエステル系可塑剤 5質量部
ステアリン酸亜鉛 1質量部
2−メルカプトベンズイミダゾール(MB)(老化防止剤)0.5質量部
酸化亜鉛 5質量部
四級アンモニウム塩(アデカサイザーLV70:旭電化工業社製)2質量部
カーボンブラック(サーマックスフローフォームN990:カナダCancarb社製)
5質量部
[第2層用材料の調製]
以下の成分を温度50℃に調節した密閉型ミキサーで10分間混練した混練物を用いた 。
スチレンブタジエンゴム(JSRSL552:JSR社製) 100質量部
ステアリン酸亜鉛 2質量部
酸化亜鉛 7質量部
炭酸カルシウム 25質量部
カーボンブラック(シーストSO:東海カーボン社製)100質量部
[実施例14]
第1層用材料を、カーボンブラックを添加しない以外は、実施例1と同様に調製し、クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が2.6mmに、第2層の層厚が0.9mmになるように調整した以外は、実施例1と同様に現像ローラ14を作製した。
【0118】
[実施例15]
クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が1.7mmに、第2層の層厚が1.8mmになるように調整した以外は、実施例13と同様にして、現像ローラ15を作製した。
【0119】
[実施例16]
第2層用材料を、カーボンブラックを添加せず、四級アンモニウム塩(アデカサイザーLV70:旭電化工業社製)を2質量部添加した以外は、実施例4と同様に調製した。クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が2.8mmに、第2層の層厚が0.7mmになるように調整した以外は、実施例4と同様に現像ローラ16を作製した。
【0120】
[実施例17]
クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が2.6mmに、第2層の層厚が0.9mmになるように調整した以外は、実施例16と同様に現像ローラ17を作製した。
【0121】
[実施例18]
第2層用材料を、ゴム成分をアクリロニトリルブタジエンゴム(JSR230SV:JSR社製)50質量部とスチレンブタジエンゴム(JSR1500:JSR社製)50質量部に、カーボンブラックをトーカブラック#5500(東海カーボン社製)に変更した。混練時間を10分に変更した以外は、実施例1と同様に調製した。クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が1.8mmに、第2層の層厚が1.7mmになるように調整した以外は、実施例1と同様に現像ローラ18を作製した。
【0122】
[実施例19]
第2層用材料を、ゴム成分をアクリロニトリルブタジエンゴム(JSR230SV:JSR社製)70質量部とスチレンブタジエンゴム(JSR1500:JSR社製)30質量部に、カーボンブラックを添加せず、混練時間を10分に変更した。これら以外は、実施例1と同様に調製した。クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が1.7mmに、第2層の層厚が1.8mmになるように調整した以外は、実施例1と同様に現像ローラ19を作製した。
【0123】
[実施例20]
第2層用材料を、ゴム成分をアクリロニトリルブタジエンゴム(DN219:日本セオン社製)30質量部とスチレンブタジエンゴム(JSR1500:JSR社製)70質量部に、カーボンブラックをトーカブラック#5500(東海カーボン社製)に変更した。混練時間を10分に変更した以外は、実施例1と同様に調製した。クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が2.0mmに、第2層の層厚が1.5mmになるように調整した以外は、実施例1と同様に現像ローラ20を作製した。
【0124】
[実施例21]
第1層用材料を、カーボンブラックを添加しない以外は、実施例1と同様に調製した。第2層用材料を以下のように調製した以外は、実施例1と同様に調製した。クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が1.5mmに、第2層の層厚が2.0mmになるように調整した以外は、実施例1と同様に現像ローラ21を作製した。
[第2層用材料の調製]
以下の成分を温度50℃に調節した密閉型ミキサーにて10分間混練した。
スチレンブタジエンゴム(JSRSL552:JSR社製) 100質量
ステアリン酸亜鉛 1質量部
酸化亜鉛 5質量部
炭酸カルシウム 20質量部
カーボンブラック(シーストS:東海カーボン社製) 20質量部
シリカ(アエロジル90:日本アエロジル社製) 5質量部
次いで、混練物にスチレンブタジエンゴム100質量部に対して加硫剤として硫黄1.2質量部、加硫促進剤としてテトラベンジルチウラムジスルフィド4.5質量部を添加した。この混合物を温度20℃に冷却した二本ロール機にて15分間混練し、第2層用材料を得た。
【0125】
[実施例22]
第1層用材料を、炭酸カルシウムを130質量部に変更した以外は実施例1と同様に調製した。第2層用材料を以下のように調製した。クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が1.5mmに、第2層の層厚が2.0mmになるように調整した以外は、実施例1と同様に現像ローラ22を作製した。また、研磨の際は、ゴムが剥れないように研磨機の回転数を調整した。
【0126】
[第2層用材料の調製]
以下の成分を温度80℃に調節した密閉型ミキサーにて15分間混練した。
エチレン−プロピレン−ブタジエンゴム(EPT4045:三井化学社製)100質量部
ステアリン酸亜鉛 2質量部
酸化亜鉛 7質量部
炭酸カルシウム 15質量部
カーボンブラック(シーストSO:東海カーボン社製) 100質量部
次いで、混練物にエチレン−プロピレン−ブタジエンゴム100質量部に対して加硫剤として硫黄1質量部、加硫促進剤としてジベンゾチアジルスルフィド(DM)1質量部、テトラメチルチウラムモノスルフィド(TS)1質量部を添加した。この混合物を温度25℃に冷却した二本ロール機にて10分間混練し、第2層用材料を得た。
【0127】
[実施例23]
クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が1.4mmに、第2層の層厚が2.1mmになるように調整した以外は、実施例22と同様に現像ローラ23を作製した。
【0128】
[実施例24]
第1層用材料を以下のものに変更した以外は実施例1と同様に調製した。第2層用材料を以下のように調製した。
[第1層用材料]
エピクロルヒドリンゴム(EO-EP-AGC三元共重合体、EO/EP/AGE=73mol%/23mol%/4mol%) 90質量部
エチレン−プロピレン−ブタジエンゴム(EPT4045:三井化学社製)10質量部
脂肪族ポリエステル系可塑剤 5質量部
ステアリン酸亜鉛 2質量部
2−メルカプトベンズイミダゾール(MB)(老化防止剤) 0.5質量部
酸化亜鉛 7質量部
四級アンモニウム塩(アデカサイザーLV70:旭電化工業社製) 2質量部
酸化スズ(S−1:三菱マテリアル社製) 150質量部
[第2層用材料の調製]
以下の成分を温度80℃に調節した密閉型ミキサーにて15分間混練した。
スチレンブタジエンゴム(JSRSL552:JSR社製) 100質量部
ステアリン酸亜鉛 2質量部
酸化亜鉛 7質量部
カーボンブラック(シーストSO:東海カーボン社製) 100質量部
次いで、混練物にスチレンブタジエンゴム100質量部に対して加硫剤として硫黄1質量部、加硫促進剤としてジベンゾチアジルスルフィド(DM)1質量部、テトラメチルチウラムモノスルフィド(TS)1質量部を添加した。この混合物を温度25℃に冷却した二本ロール機にて10分間混練し、第2層用材料を得た。
【0129】
[現像ローラの作製]
クロスヘッド押出機を用いて、上記軸芯体と共に、第1層用材料をクロスヘッド押出し、軸芯体の外周に未加硫の第1層を成形し、外径9.0mmのローラを作製した。
【0130】
第2層用材料を、厚さ約1.75mmのシート状に成形し、得られたローラに巻きつけた。端部を除去して、内径が12.5mmの円筒形キャビティを有する金型に設置して、温度160℃で15分間加熱した。金型から脱型後、温度170℃の熱風炉で10分加熱して二次加硫を施した。ゴム長さは、224.2mmとした。更に、外径が12mmのローラ形状になるよう外周面を、プランジカット式の円筒研磨機を用いて研磨し、弾性ローラを得た。また、研磨の際は、ゴムが剥れないように研磨機の回転数を調整した。実施例1と同様に、表面層を形成し、現像ローラ24作製した。
【0131】
[実施例25]
第1層用材料を、ゴム成分をエピクロルヒドリンゴム50質量部、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)(DN219:日本ゼオン社製)50質量部に変更し、酸化スズを170質量部に変更した以外は、実施例1と同様に調製した。第1層の層厚が2.0mmになるよう、クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を調整し、軸芯体の外周に未加硫の第1層を成形し、外径10.0mmのローラを作製した。第2層用材料を、厚さ約1.5mmのシート状に成形した以外は、実施例24と同様にして、現像ローラ25を作製した。
【0132】
[実施例26]
第1層用材料を実施例24と同様にして調製し、第2層用材料をカーボンブラックを5質量部に変えた以外は実施例22と同様にして調製した。クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が1.9mmに、第2層の層厚が1.6mmになるように調整した以外は、実施例1と同様に現像ローラ26を作製した。また、研磨の際は、ゴムが剥れないように研磨機の回転数を調整した。
【0133】
[実施例27]
以下の材料を用いた以外は、実施例24と同様にして、現像ローラ27を調製した。
[軸芯体]
プライマーをFC4430(住友スリーエム社製)に変更した以外は、実施例1と同様にして軸芯体を用意した。
[第1層用材料の調製]
以下の成分を、50℃に調整した密閉型ミキサーにて10分間混練し、第1層用材料を得た。
フッ素ゴム(ダイエルG−755L:ダイキン工業株式会社製) 100質量部
酸化スズ(S−1:三菱マテリアル電子化成社製) 170質量部
酸化マグネシウム(キョーワマグMA−150:協和化学工業株式会社製)3質量部
水酸化カルシウム(CALDIC−2000:近江化学工業株式会社製) 6質量部
[第2層用材料の調製]
以下の成分を温度50℃に調節した密閉型ミキサーにて15分間混練した。
ブタジエンゴム(JSR BR01、JSR社製) 100質量部
ステアリン酸亜鉛 1質量部
酸化亜鉛 5質量部
炭酸カルシウム 20質量部
カーボンブラック(シーストS、東海カーボン社製) 50質量部
次いで、混練物にブタジエンゴム100質量部に対して加硫剤として硫黄1.2質量部、加硫促進剤としてテトラベンジルチウラムジスルフィド4.5質量部を添加した。この混合物を温度20℃に冷却した二本ロール機にて15分間混練し、第2層用材料を得た。
【0134】
[実施例28]
酸化スズをカーボンブラック(トーカブラック#7360SB:東海カーボン社製)50質量部に変更した以外は、実施例27と同様にして、第1層用材料を準備した。第2層用材料を、シリカを添加せず、カーボンブラックを100質量部に変更した以外は、実施例21と同様にして調製した。クロスヘッド押出機のダイスとスクリュー部の回転数を第1層の層厚が2.0mmになるように調製し、第2層の層厚が1.0mmになるようにシートの厚さを調整した以外は、実施例27と同様に現像ローラ28を作製した。
【0135】
[実施例29]
第1層用材料を、酸化スズを100質量部に変更した以外は、実施例27と同様にして調製した。第2層用材料を、実施例22と同様にして調製した。クロスヘッド押出機のダイスとスクリュー部の回転数を第1層の層厚が2.2mmになるように調製し、第2層の層厚が1.0mmになるようにシートの厚さを調整した以外は、実施例28と同様に現像ローラ29を作製した。
【0136】
[実施例30]
[第1層用材料の調製]
以下の成分を混合し、第1層用材料を調製した。
ポリオール(ニッポランN−4032:日本ポリウレタン社製)100質量部
ポリイソシアネート(TDI−80:日本ポリウレタン社製) 7質量部
カーボンブラック(シーストS:東海カーボン社製) 20質量部
[現像ローラ]
実施例1と同様に作製した軸芯体をセットした円筒形キャビティを有する金型に、第1層用材料を注入し、100℃の熱風炉にて30分加熱した。このとき、外径が11.2mmになるよう調整し、軸芯体の外周に第1層を調製した。第2層を、シートの厚さを0.8mmにした以外は実施例27と同様にして調製し、現像ローラ30を作製した。
【0137】
[実施例31]
第1層用材料を、カーボンブラックを3質量部に変更した以外は実施例1と同様に調製した。第2層用材料を以下のように調製した。クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が2.0mmに、第2層の層厚が1.5mmになるように調整した以外は、実施例1と同様に現像ローラ31を作製した。
[第2層用材料の調製]
以下の成分を温度50℃に調節した密閉型ミキサーにて10分間混練した。
アクリロニトリルブタジエンゴム(DN219:日本ゼオン社製) 100質量部
ステアリン酸亜鉛 1質量部
酸化亜鉛 5質量部
炭酸カルシウム 20質量部
カーボンブラック(トーカブラック#7360SB:東海カーボン社製)80質量部
シリカ(R972:日本アエロジル社製) 20質量部
次いで、混練物にアクリロニトリルブタジエンゴム100質量部に対して加硫剤として硫黄1.2質量部、加硫促進剤としてジベンゾチアジルスルフィド(DM)1質量部及びテトラメチルチウラムモノスルフィド(TS)1質量部を添加した。この混合物を温度20℃に冷却した二本ロール機にて10分間混練し、第2層用材料を得た。
【0138】
[実施例32]
第1層用材料を、カーボンブラックを1質量部に変更し、第2層用材料を、カーボンブラックを50質量部、シリカを50質量部に変更した以外は、実施例31と同様に調製した。クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が1.8mmに、第2層の層厚が1.7mmになるように調整した以外は、実施例31と同様に現像ローラ32を作製した。
【0139】
[実施例33]
第1層用材料を、カーボンブラックを添加せず、炭酸カルシウムを30質量部に変更し、第2層用材料を、以下のように変更した以外は、実施例1と同様に調製した。クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が1.8mmに、第2層の層厚が1.7mmになるように調整した以外は、実施例1と同様に現像ローラ33を作製した。
[第2層用材料]
以下の成分を温度50℃に調節した密閉型ミキサーにて15分間混練した。
アクリロニトリルブタジエンゴム(JSR230SV:JSR社製)100質量部
ステアリン酸亜鉛 2質量部
酸化亜鉛 5質量部
炭酸カルシウム 20質量部
四級アンモニウム塩(アデカサイザーLV70:旭電化工業社製) 3質量部
シリカ(OX50:日本アエロジル社製) 100質量部
[実施例34]
クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が2.8mmに、第2層の層厚が0.7mmになるように調整した以外は、実施例1と同様に現像ローラ34を作製した。
【0140】
[実施例35]
クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が2.6mmに、第2層の層厚が0.9mmになるように調整した以外は、実施例1と同様に現像ローラ35を作製した。
【0141】
[実施例36]
第1層用材料を、実施例1と同様に調製し、第2層用材料を、カーボンブラックを40質量部に変更し、シリカを添加しない以外は、実施例31と同様に調製した。クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が2.4mmに、第2層の層厚が1.1mmになるように調整した以外は、実施例1と同様に現像ローラ36を作製した。
【0142】
[実施例37]
クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が2.0mmに、第2層の層厚が1.5mmになるように調整した以外は、実施例1と同様に現像ローラ37を作製した。
【0143】
[実施例38]
クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が1.7mmに、第2層の層厚が1.8mmになるように調整した以外は、実施例1と同様に現像ローラ38を作製した。
【0144】
[実施例39]
第1層用材料を、カーボンブラックを添加せずに調製し、クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が1.5mmに、第2層の層厚が2.0mmになるように調整した以外は、実施例1と同様に現像ローラ39を作製した。
【0145】
[実施例40]
クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が1.4mmに、第2層の層厚が2.1mmになるように調整した以外は、実施例22と同様に現像ローラ40を作製した。
【0146】
[比較例1]
第1層用材料を実施例1と同様に、第2層用材料を、カーボンブラックを95質量部に変更した以外は実施例4と同様に調製した。クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が0.9mmに、第2層の層厚が2.6mmになるように調整し、弾性層ローラの外径を12.0mmに調整した以外は、実施例1と同様に現像ローラ41を作製した。
【0147】
[比較例2]
第2層用材料を、カーボンブラックを48質量部に変更した以外は比較例1と同様に調製した。クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が1.6mmに、第2層の層厚が1.9mmになるように調整した以外は、比較例1と同様に現像ローラ42を作製した。
【0148】
[比較例3]
第1層用材料を、カーボンブラックを添加せず、第2層用材料を、カーボンブラックを添加せず、四級アンモニウム塩(アデカサイザーLV70:旭電化工業社製)1質量部を添加した以外は、比較例1と同様に調製した。クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が1.5mmに、第2層の層厚が2.0mmになるように調整した以外は、比較例1と同様に現像ローラ43を作製した。
【0149】
[比較例4]
クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が1.2mmに、第2層の層厚が2.3mmになるように調整した以外は、比較例3と同様に現像ローラ44を作製した。
【0150】
[比較例5]
第1層用材料を、炭酸カルシウムを130質量部に変更した以外は比較例1と同様に調製し、第2層用材料を、炭酸カルシウムを添加しない以外は、実施例22と同様に調製した。クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が0.5mmに、第2層の層厚が3.0mmになるように調整した以外は、比較例1と同様に現像ローラ45を作製した。
【0151】
[比較例6]
第1層用材料を、酸化スズを添加せずカーボンブラック(サーマックスフローフォームN990:カナダCancarb社製)5質量部を添加した以外は、実施例24と同様に調製し、第2層用材料を、実施例24と同様に調製した。クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が1.2mmに、第2層の層厚が2.3mmになるように調整した以外は、実施例24と同様に現像ローラ46を作製した。
【0152】
[比較例7]
第1層用材料を、カーボンブラックを添加しない以外は比較例6と同様に調製し、第2層用材料を、パラフィンオイル(PW380:出光石油化学社製)20質量部を添加した以外は、実施例22と同様に調製した。クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が1.5mmに、第2層の層厚が2.0mmになるように調整した以外は、比較例1と同様に現像ローラ47を作製した。
【0153】
[比較例8]
第1層用材料を、カーボンブラック20質量部に変更し、第2層用材料を、カーボンブラックを20質量部に変更した以外は、比較例7と同様に調製した。クロスヘッド押出機スクリュー部の回転数を、第1層の層厚が2.0mmに、第2層の層厚が1.0mmになるように調整した以外は、比較例7と同様に現像ローラ48を作製した。
【0154】
[比較例9]
第2層用材料を、パラフィンオイル(PW380:出光石油化学社製)20質量部を添加した以外は、実施例28と同様に調製した。クロスヘッド押出機のダイスとスクリュー部の回転数を、第1層の層厚が0.5mmになるように調整し、第2層の層厚が2.75mmになるようにシートの厚さを調整した以外は、実施例27と同様に現像ローラ49を作製した。
【0155】
[比較例10]
第2層用材料を実施例3と同様に調製し、クロスヘッド押出機のスクリュー部の回転数を、第1層の層厚が0.3mmになるように調整し、第2層の層厚が2.95mmになるようにシートの厚さを調整した以外は、実施例27と同様に現像ローラ50を作製した。
【0156】
【表1】

【0157】
【表2】

【符号の説明】
【0158】
1 軸芯体
2 第1層(第1の導電性弾性層)
3 第2層(第2の導電性弾性層)
4 弾性層(導電性弾性層)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
軸芯体と、導電性弾性層とを有する現像ローラであって、
該導電性弾性層は、該軸芯体側から第1の導電性弾性層及び該第1の導電性弾性層に積層される第2の導電性弾性層を有し、
該第2の導電性弾性層の固有振動数が、該第1の導電性弾性層の固有振動数の2.35倍以上、8.0倍以下であることを特徴とする現像ローラ。
【請求項2】
前記第1の導電性弾性層は、エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム及びフッ素ゴムから選択される少なくとも1種を含有し、
前記第2の導電性弾性層は、アクリロニトリルブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム及びブタジエンゴムから選択される少なくとも1種を含有する請求項1に記載の現像ローラ。
【請求項3】
前記第1の導電性弾性層及び前記第2の導電性弾性層は、第2の導電性弾性層の固有振動数が第1の導電性弾性層の固有振動数の2.35倍以上、6.0倍以下であるようにフィラーが分散されている請求項1又は2に記載の現像ローラ。
【請求項4】
前記フィラーが、カーボンブラック及びシリカから選択される少なくとも1種を含有する請求項3記載の現像ローラ。
【請求項5】
前記第2の導電性弾性層の固有振動数が、前記第1の導電性弾性層の固有振動数の3.0倍以上、6.0倍以下である請求項1から4のいずれか1項に記載の現像ローラ。
【請求項6】
前記第2の導電性弾性層の層厚が、前記第1の導電性弾性層の層厚の0.15倍以上、1.0倍以下である請求項1から5のいずれか1項に記載の現像ローラ。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2012−189706(P2012−189706A)
【公開日】平成24年10月4日(2012.10.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−51937(P2011−51937)
【出願日】平成23年3月9日(2011.3.9)
【出願人】(000001007)キヤノン株式会社 (59,756)
【Fターム(参考)】