説明

現像ローラ、及び、画像形成方法

【課題】導電性シャフト上に直接樹脂層を設けた現像ローラを用いて画像形成を繰り返し行った時、現像ローラ表面における残留電位の上昇を起こすことなく、安定した画像形成を行うことが可能な現像ローラを提供する。
【解決手段】導電性シャフトの周りに2層の樹脂層を有し、現像ローラ表面を構成する層の表面抵抗値をRso、導電性シャフト側に隣接する層の表面抵抗値をRsuとしたときに、0.1≦Rsu/Rso≦10.0の関係を有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ受信機等の電子写真方式の画像形成装置に使用される現像ローラ、及び、当該現像ローラを用いた画像形成方法に関する。
【背景技術】
【0002】
電子写真方式の画像形成方法は、通常、以下の手順を経て用紙等の転写シート上にトナー画像を形成する。先ず、電子写真感光体に代表される像担持体上に形成された静電潜像に電荷の付与されたトナーを供給して静電潜像を現像する。次に、現像により像担持体上に形成されたトナー画像を転写シート上に転写させる。さらに、転写シート上のトナー画像を定着により固定し、転写シート上にトナー画像を形成する。
【0003】
像担持体上にトナー画像を形成する現像方法には、キャリアとトナーより構成される2成分現像剤を用いる2成分現像方式と、トナーのみからなる1成分現像剤を用いる1成分現像方式がある。このうち、1成分現像方式の1つに非磁性1成分トナーを用いた現像方式は、現像ローラ近傍に配置した帯電部材や現像ローラ自身により摩擦帯電したトナーの層を現像ローラ表面に形成し、層形成されたトナーを飛翔させて像担持体にトナー供給を行っている。この様に、非磁性1成分トナーを用いた画像形成は簡素な現像装置により像担持体上にトナー画像を形成するので、フルカラープリンタのコンパクト化を実現する上で有効な手段である。
【0004】
非磁性1成分現像方式で使用される現像ローラは、従来より、導電性シャフトの外周にシリコーンゴム等を用いた弾性層を有するものが用いられ、トナーの搬送性と帯電性を確保するために、弾性層上にさらに表面層が設けられていた。たとえば、帯電付与性能やトナー搬送性の向上、トナー付着防止等の観点からフッ素ゴムを表面層に用いる技術がある。具体的には、弾性層上にフッ素ゴム層を形成する技術として、弾性層表面にシランカップリング剤の層を設け、その上にフッ素ゴム等を主成分とする層を形成することで、弾性層上に表面層を設けた技術(たとえば、特許文献1参照)等がある。
【0005】
ところで、家庭用のプリンタの登場に代表される様に、最近では画像形成装置の普及に拍車がかかり、それに伴って装置のコンパクト化がますます進められる様になってきた。この様な背景から、本発明者は現像装置の構成部品である現像ローラのコンパクト化を試み、シャフト上に樹脂層を直接設けた構造の現像ローラを検討した。そして、この様な弾性層をもたない現像ローラに対し、たとえば、金属製シャフト上に導電性の樹脂層を直接設けた導電ロールの技術等(たとえば、特許文献2、3参照)の知見を利用してローラの帯電性向上を検討した。さらに、樹脂層のシャフトへの接着性も向上させることができる様に樹脂層の機能分離化を検討し、2層化した樹脂層を有する現像ローラを検討した。
【特許文献1】特開平8−190263号公報
【特許文献2】特開平5−257370号公報
【特許文献3】特開平5−297710号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、導電性シャフト上に2層の樹脂層を設けた現像ローラを作製して画像形成を試みたところ、連続プリントの様に画像形成を繰り返し行った場合に現像ローラが所定量の電荷をトナーに付与できなくなる傾向が見られた。すなわち、画像形成を連続で行うことで現像ローラ表面の電位上昇が起こり、現像ローラ表面でのトナー帯電が行いにくくなる結果、トナー飛散によるカブリの発生や高濃度部やハーフトーン部で画像濃度が得られにくくなった。また、十分に帯電されなかったトナーが現像ローラや像担持体からこぼれるトナーこぼれにより機内汚染を発生させた。この傾向は低温低湿環境下で画像形成を行ったときに顕著にあらわれた。
【0007】
本発明は、導電性シャフト上に直接樹脂層を設けた現像ローラを用いて画像形成を繰り返し行った時に、ローラ表面における電位上昇を起こさず、安定した画像形成が行える現像ローラを提供することを目的とするものである。特に、低温低湿環境下で連続プリントを行っても、現像ローラ表面で電位上昇を起こさず、画像欠陥の発生やトナーこぼれによる機内汚染を発生させることのない現像ローラの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者は、上記課題が下記に記載のいずれかの構成により解消されるものであることを見出した。
【0009】
請求項1に記載の発明は、
『導電性シャフトの周りに2層の樹脂層を有する現像ローラであって、
前記樹脂層のうち、前記現像ローラ表面を構成する層の表面抵抗値をRso、導電性シャフトに隣接する層の表面抵抗値をRsuとしたときに、
0.1≦Rsu/Rso≦10.0
の関係を有することを特徴とする現像ローラ。』というものである。
【0010】
請求項2に記載の発明は、
『導電性シャフトの周りに2層の樹脂層を設けた現像ローラ表面にトナーを担持させ、担持させたトナーを像担持体上に供給して像担持体上の静電潜像を現像する工程を有する画像形成方法であって、
前記像担持体上にトナーを供給する前記現像ローラが、
前記樹脂層のうち、前記現像ローラ表面を構成する層の表面抵抗値をRso、導電性シャフトに隣接する層の表面抵抗値をRsuとしたときに、
0.1≦Rsu/Rso≦10.0
の関係を有するものであることを特徴とする画像形成方法。』というものである。
【発明の効果】
【0011】
本発明では、導電性シャフト上に2層構造の樹脂層を設け、2つの樹脂層の表面抵抗値Rsの関係を特定することにより、繰り返し画像形成を行っても現像ローラ表面での電位上昇を抑制することができる様になった。その結果、連続プリントを行っても、現像ローラ表面では画像欠陥を起こすことのないレベルに電位が維持されて、良好な画像形成が行える様になった。
【0012】
特に、本発明では残留電荷が発生し易く現像ローラ表面での電位上昇が起こり易いとされる低温低湿環境下で連続プリントを行っても、現像ローラ表面における電位上昇が抑制されて、電位上昇による帯電不良に伴う画像不良やトナーこぼれによる機内汚染等の発生が解消される様になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
本発明は、導電性シャフトの周りに樹脂層を直接設けた構造の現像ローラに関する。現像ローラには、ローラ表面で良好な帯電付与性能が求められるとともに、樹脂層からシャフトに向けて不要な電荷を移動させるリーク性能が求められていた。また、樹脂層をシャフト表面にしっかりと接着させて耐久性を向上させることも求められていた。本発明者は、現像ローラに求められるこれらの性能を同時に実現させる手段として、樹脂層の2層化を考えたのである。
【0014】
導電性シャフトの周りに樹脂層を直接設けた構造の現像ローラは、樹脂層が導電性シャフトに直接接触しているので、構造上、現像ローラ表面に残留電荷と呼ばれる不要な電荷が存在しても導電性シャフトに向けてリークが行い易いものと考えられた。したがって、樹脂層が2層構造の現像ローラも、残留電荷による電位上昇が発生しにくいものと考えられていた。しかしながら、樹脂層が2層構造の現像ローラでは、画像形成を繰り返し行った時にローラ表面の電位上昇が顕れ、樹脂層を導電性シャフト上に直接設けた現像ローラが必ずしも電荷をリークし易い性質を有するものではなかった。
【0015】
本発明者は、樹脂層を2層構造にした時に電荷が導電性シャフトからリークしにくくなる要因があると考え、2つの樹脂層間の電気抵抗差が電荷の移動を邪魔していると推測した。すなわち、2つの樹脂層界面が電荷の移動を邪魔するバリアになっていると考えた。そこで、本発明者は、2つの樹脂層の電気抵抗値をある程度のレベルに揃えておけば、バリアが解消されて層間を電荷がスムーズに移動できる様になると考えたのである。この様に、導電性シャフトに樹脂層を直接設けた現像ローラにおいて、樹脂層を2層化した際に各層の表面抵抗値をある程度のレベルに揃えることで、2つの樹脂層間での電荷の移動を促進させることを見出した。
【0016】
ところで、2つの樹脂層の表面抵抗値をある程度のレベルに揃えて樹脂層間における電荷の移動を促進させようという本発明の思想は弾性層を有する現像ローラの技術から想到されるものではないと推測される。その理由は、弾性層を有する現像ローラでは、現像ローラ全体の抵抗値が弾性層の抵抗値に支配されているため、仮に弾性層表面に2層の樹脂層を設けその間に抵抗差があったとしても、その影響が弾性層の抵抗に打ち消されると推測されるからである。一方、導電性シャフトに樹脂層を直接設けた構造の現像ローラは、2つの樹脂層間の抵抗差の影響が顕在化し、樹脂層を構成する各層の抵抗値をある程度のレベルに揃えて、層間での電荷移動がスムーズに行える環境を作ることが必要になった。
【0017】
以下、本発明について詳細に説明する。
【0018】
本発明に係る現像ローラは、導電性シャフトの周りに2層からなる樹脂層を有し、現像ローラ表面を構成する上層の表面抵抗値をRso、導電性シャフトに隣接する下層の表面抵抗値をRsuとしたときに、
0.1≦Rsu/Rso≦10.0
の関係を有するものである。
【0019】
本発明は、導電性シャフト上に直接樹脂層を設けた現像ローラを構成する上層及び下層の表面抵抗値が上記関係式を満足するとき、現像ローラ表面に存在する残留電荷が導電性シャフトよりリークし易い状態が形成されることを見出したものである。すなわち、導電性シャフトへの電荷のリークを行う部位に該当する下層の表面抵抗値が、現像ローラ表面を構成する上層の表面抵抗値よりも高い場合でも、残留電荷を導電性シャフトに向けてリークさせることができる場合があることを見出している。これは、上層から下層に向けて電荷を移動させる際、上層と下層の間を電気的にバリアフリーの環境を形成することにより、本発明の効果が発現される様になったともいえる。この様に、本発明では電荷の移動が一般に困難と考えられる様なケースでも現像ローラ表面に形成される残留電荷を導電性シャフトよりリークさせることで、現像ローラ表面における帯電環境を維持できることを見出している。
【0020】
なお、上記関係式の値が0.1よりも小さくなると、下層の表面抵抗値が上層に比べて大きくなりすぎ、現像ローラ表面から導電性シャフトに向けての電荷の移動が困難になり、現像ローラ表面の電位が上昇して、所定量の電荷をトナーに付与できなくなる。一方、上記関係式の値が10.0よりも大きくなると、下層の表面抵抗値が小さくなりすぎて現像ローラ表面に電荷を留めておくことが困難になり、所定量の電荷をトナーに付与することができなって良好な画像形成が行えなくなる。
【0021】
なお、上記関係式を構成する上層及び下層の表面抵抗値の具体的な数値やその制御方法、表面抵抗値の測定方法については後述する。また、ここでは現像ローラを構成する2層構造の樹脂層のうち、現像ローラ表面を構成する層のことを上層と呼び、その表面抵抗値RsをRsoとする。また、導電性シャフトに隣接する層のことを下層と呼び、その表面抵抗値RsをRsuとする。
【0022】
図1に本発明に係る現像ローラの代表的な断面構成を示す。図1に示す様に、現像ローラ10は、導電性シャフト11の周りに樹脂層12を有し、樹脂層12は現像ローラ10表面を構成する樹脂層である上層12aと、導電性シャフト11に隣接する樹脂層である下層12bよりなる2層構造を構成する。
【0023】
先ず、樹脂層12を保持する導電性シャフト11は、導電性の部材で構成され、具体的には、SUS304等のステンレス鋼、鉄、アルミニウム、ニッケル、アルミニウム合金、ニッケル合金等の金属材料が好ましい。また、前述した金属の粉体物やカーボンブラック等の導電性材料を樹脂中に充填させた導電性樹脂も使用可能である。導電性シャフト11は、その比抵抗が1×104Ω・cm以下のものが好ましく、また、その外径は5mm〜30mmが好ましく、10mm〜20mmがより好ましい。
【0024】
また、樹脂層12を2層構造とすることで、樹脂層12で求められている複数の性能を上層及び下層で分離させて発現させることができる様になる。すなわち、樹脂層12において、現像ローラ表面を構成する上層12a用の樹脂にトナーへの帯電付与が積極的に行える性質のものが選択でき、導電性シャフト11に隣接する下層12b用の樹脂に電荷のリークが積極的に行える様な樹脂を選択することができる。
【0025】
その結果、上層12aと下層12bではそれぞれ異なる性能が独立して発現される様になり、現像ローラ表面でのトナーの帯電付与と導電性シャフト近傍での電荷のリークが単層の現像ローラよりも効率よく行える様になる。また、導電性シャフト11に対して強い接着力を発現することが可能な樹脂を下層12b用の樹脂に選択することで、樹脂層12が導電性シャフト11よりみだりに剥離することがなくなり、現像ローラの耐久性を向上させることも可能になる。
【0026】
2層構造の樹脂層12の厚さは、合計で1μm以上200μm以下とすることが好ましく、10μm以上100μm以下とすることがより好ましい。
【0027】
また、樹脂層12(最上層12a、下層12b)中には、電荷の移動を促進させる目的で、カーボンブラック等の導電性材料を含有させることも可能である。この様に、導電性材料を樹脂層中に添加により樹脂層12中における電荷移動の制御が行え、現像ローラ表面におけるトナーの帯電付与性能も導電性材料の添加により制御することが可能である。すなわち、導電性材料の添加により樹脂層12を構成する上層12aと下層12bの表面抵抗値を制御することも可能である。
【0028】
前述した様に、本発明では現像ローラ10の樹脂層12を構成する上層12aの表面抵抗値Rsoと下層12bの表面抵抗値をRsuとしたときに、
0.1≦Rsu/Rso≦10.0
の関係を満足すると、本発明の効果が発現される2層構造の現像ローラが得られることを見出している。本発明では、上層12aと下層12bの表面抵抗値が上記関係を満足するときに、上層12aと下層12bの間で電荷の移動がスムーズに行え、現像ローラ表面にトナー帯電を行うのに最適量の電荷を存在させスムーズな帯電付与が行える。
【0029】
樹脂層12を構成する上層12a及び下層12bの表面抵抗値の具体的な値は、1.0×106Ω/□以上1.0×1013Ω/□以下が好ましく、1.0×108Ω/□以上1.0×1011Ω/□以下がより好ましいものである。上記表面抵抗値の範囲内にあり、かつ、両者の表面抵抗値の比率が前述の関係式を満足することが好ましい。
【0030】
表面抵抗値(Surface Resistivity、単位:Ω/□(オームパースクエアと読む))は、樹脂層12を構成する上層12aと下層12b表面における単位面積当たりの電気抵抗を示すもので、シート抵抗あるいは表面抵抗率とも呼ばれるものである。
【0031】
上層12a及び下層12bの表面抵抗値Rsは、図2に示す装置を用いて測定した値である。図2は現像ローラの表面抵抗値Rsを測定する表面抵抗測定装置30の構成図である。図2に示す様に、表面抵抗測定装置30は、現像ローラ10、電極ローラ31A、31B、直流電源32、電流計33より構成される。
【0032】
表面抵抗値Rsの測定は以下の手順で行う。
(1)先ず、樹脂層12(上層12a、下層12b)が電極ローラ31A、31Bに十分接触する様にシャフト11両端をそれぞれ9.8Nで押圧するとともに現像ローラ10を28rpmで回転させる。
(2)この状態で直流電源32より電極ローラ31Aに直流100Vを5秒間印加する。印加中の電流値を電流計33で測定し、算出された電流値と上記電圧値を計算することにより表面抵抗値Rsが得られる。なお、測定値は単位印加時間(1秒)あたりの平均値とする。
(3)上記表面抵抗測定装置30による測定条件は以下のとおりである。すなわち、
・測定環境 温度23℃±5℃、湿度57±10%RH
現像ローラ10を上記環境下に2時間以上放置した後測定を行う
・直流印加時間 5秒
・電極ローラ径 12mm
なお、図2の表面抵抗測定装置30の具体例としては、たとえば、電機抵抗計「HIOKI8806型(日置電機(株)製)」等が挙げられる。
【0033】
樹脂層12(上層12a、下層12b)の表面抵抗値Rs(上層12aの表面抵抗値Rso、下層12bの表面抵抗値Rsu)を制御する具体的な方法としては、たとえば、以下の方法がある。すなわち、樹脂層12中にカーボンブラックに代表される導電性材料を添加し、その添加量を制御することにより上層12aと下層12bの表面抵抗値を調整する方法がある。すなわち、樹脂層12中への導電性材料の添加量を多くすれば樹脂層12の導電性が増大してその表面抵抗値は低減する。一方、導電性材料の添加量が少なくなれば樹脂層12の導電性は低下して表面抵抗値が増大する。
【0034】
また、樹脂層12の厚みを調整して表面抵抗値を制御する方法もある。すなわち、樹脂層を厚くすると樹脂層の導電性が低下して表面抵抗値を増大させ、一方、樹脂層を薄くすると樹脂層の導電性が増大して表面抵抗値が低減する。さらに、導電性材料の導電率に基づいて表面抵抗値を制御する方法もあり、たとえば、電気伝導度の高い(低抵抗の)ものを選択して樹脂層の導電性を増大させて表面抵抗値を低減させる一方、電気伝導度の低いものを選択して表面抵抗値を増大させる。
【0035】
本発明に使用可能な導電性材料としては、たとえば、カーボンブラックやグラファイトの他に、アルミニウム、銅、スズ、ステンレス等の各種導電性金属または合金、酸化亜鉛や酸化チタン、酸化スズ、酸化インジウム、酸化スズ−酸化アンチモン固溶体、酸化スズ−酸化インジウム固溶体等の金属酸化物、これらの導電性材料で被膜された絶縁性物質等の微粉末が挙げられる。これらの導電性材料の中でも、カーボンブラックが、比較的容易に入手可能で、良好な帯電性を発現可能なことから好ましい。なお、導電性材料の代表例であるカーボンブラックについては後で詳述する。
【0036】
これらの導電性材料は、平均粒径が5nm以上100nm以下の大きさを有するものが好ましい。また、樹脂層12中への添加量は、樹脂100質量部に対して5〜70質量部が好ましく、20〜50質量部がより好ましい。また、前述した酸化チタンは、アナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型等の結晶形態を有するものやアモルファス構造のものを使用することが可能である。
【0037】
次に、樹脂層12に添加可能な導電性材料の1つであるカーボンブラックについて説明する。樹脂層12に添加可能なカーボンブラックの種類は特に限定されるものではない。具体的なカーボンブラックの例としては、ファーネスブラック、ガスブラック、チャンネルブラック、フレームブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック、プラズマブラック等が挙げられる。また、DE19521565号に開示されるインバーションブラック(Inversionsruss)、WO98/45361号やDE19613796号に開示されるケイ素含有カーボンブラック、WO98/42778号に開示の金属含有カーボンブラック、アーク放電ブラック(Lichbogenruss)、及び、化学的な製造方法で副生成物として得られるカーボンブラック等が挙げられる。また、ゴム混合物に補強充填剤として添加されるカーボンブラックや、対紫外線安定化に使用されるカーボンブラック、ビチューメンなどのゴム以外の用途に補強充填剤として使用されるカーボンブラック、さらには、プラスチックに充填剤として添加されるカーボンブラックや、冶金における還元剤として使用されるカーボンブラック等も挙げられる。
【0038】
樹脂層12中へのカーボンブラック含有量は、前述の様に、樹脂100質量部に対して5〜70質量部が好ましく、20〜50質量部がより好ましい。カーボンブラックを上記範囲とすることで、樹脂層12中での電荷の移動が適度に制御される様になる。すなわち、樹脂層12より導電性シャフト11に向けての電荷のリークが適度に行えるので、現像ローラ表面に不要な電荷が残留することがなくなり、現像ローラの表面電位を所定レベルに維持することができる。したがって、現像ローラ表面では適正なトナー帯電が常時行え、所定帯電量のトナーが現像ローラ表面から像担持体に飛翔、供給されるので適正な画像形成を安定して行うことができる。
【0039】
また、前述したカーボンブラックや金属、金属酸化物の他に、無機イオン塩や有機イオン塩等のイオン導電剤と呼ばれる化合物を使用することも可能である。具体的な無機イオン塩としては、リチウム、ナトリウム、カルシウム、マグネシウム等のアルカリ金属または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、スルホン酸塩等が挙げられる。また、有機イオン塩としては、脂肪族スルホン酸塩、高級アルコール硫酸エステル塩、高級アルコールリン酸エステル塩、高級アルコールエチレンオキサイド付加硫酸エステル塩、高級アルコールエチレンオキサイド付加リン酸エステル塩、4級アンモニウム塩等が挙げられる。これらの中でも、4級アンモニウム塩が特に好ましく、具体的には、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、ラウリルトリメチルアンモニウム、ステア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、ベンジルトリメチルアンモニウム等の過塩素酸塩、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、アルキル硫酸塩、カルボン酸塩スルホン酸塩等が挙げられる。
【0040】
前述の様に、本発明では、上層12aの表面抵抗値Rsoと下層12bの表面抵抗値Rsuが、
0.1≦Rsu/Rso≦10.0
となる時に、上層12aと下層12bの間での抵抗差の影響が解消されて層間を電荷がスムーズに移動できる様になるものと推測される。その結果、画像形成の進行に伴って残留電荷が増大することはなく、画質に変動を来さずにプリント作成が行える。たとえば、数千枚レベルで連続プリントを行うケースでも、残留電荷が下層12bより導電性シャフト11にリークされ、樹脂層12中に不要な電荷が残存しないので、現像ローラ表面(上層12a表面)の電位は常に一定レベルに維持されるものと推測される。そして、後述する実施例にも示す様に、たとえば、3000枚の連続プリントを実施した時に、プリント開始時と3000枚の連続プリント実施後における現像ローラの表面電位の変動が絶対値で10V以内になっている。この様に、本発明によれば、連続プリントを行った場合でも現像ローラ表面の電位がほとんど変動せず、品質にバラツキのないプリント物を得ることが可能である。
【0041】
なお、現像ローラ表面の電位は、図3に示す残留電位測定装置に現像ローラを装填することにより測定が行える。現像ローラ表面の電位を測定する条件は、たとえば、以下に示す様な条件が挙げられる。すなわち、
測定条件
帯電器 :コロトロン
帯電電流Ic :850μA
帯電ギャップ :1mm
回転数 :240rpm
測定環境 :20℃、60%RH
なお、低温低湿環境下で残留電位を測定する場合の測定環境は10℃、20%RHとする。また、画像形成に伴う残留電位の変動を測定する場合、先ず、プリント実施前の段階で現像装置より取り外した現像ローラを図3の残留電位測定装置に取り付けて電位を測定する。測定後、当該現像ローラを現像装置に取り付け、画像形成装置に現像装置をセットして所定枚数のプリントを行う。所定枚数のプリント実施後、現像装置より当該現像ローラを取り外し、前述の残留電位測定装置に取り付けて残留電位を測定する。この様にして、画像形成の進行に伴う残留電位の変動を確認する。
【0042】
樹脂層12は、その表面にトナー層を形成して摩擦帯電によりトナーを帯電するとともに表面でトナーを搬送するものである。また、樹脂層12はシャフト11との間に強固な接着力を発現させることが求められる。
【0043】
この性能を発現させる樹脂の例として、たとえば、ポリオールとイソシアネートとを反応させて得られるポリウレタン系樹脂が挙げられる。また、前記ポリウレタン系樹脂の作製時に、ポリオールとイソシアネートに加えて鎖伸長剤を必要に応じて添加することも可能である。
【0044】
前記ポリオールの具体例としては、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリ−ε−カプロラクトンジオール、ポリカーボネートポリオール、ポリプロピレングリコール等のポリウレタン用ポリオール化合物が挙げられる。これらの中でも、高温高湿環境下での画像形成時にトナーの帯電量低下の発生を防止するポリウレタン樹脂を形成するポリカーボネートポリオールが好ましい。具体的には、ポリヘキサメチレンカーボネートジオール等の脂肪族または脂環式のポリカーボネートポリオールがより好ましい。
【0045】
また、前記イソシアネートの具体例としては、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、シクロヘキサンジイソシアネート、水添MDI、イソホロンジイソシアネート、1,3−キシリレンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート等が挙げられる。
【0046】
また、上記イソシアネートやポリオール、さらにはポリアミンとを用い、分子末端にイソシアネート基を有する様に反応させて得られるウレタンプレポリマーを用いることも可能である。
【0047】
前記鎖伸長剤としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、イソホロンジアミン(IPDA)、ヒドラジン等が挙げられる。
【0048】
ポリウレタン樹脂の代表的な製造方法としては一段法と二段法が挙げられる。一段法はポリオールとジイソシアネート化合物、及び、必要に応じて鎖伸長剤や重合停止剤を適当な溶媒中で一度に反応させることによりポリウレタン樹脂を作製する方法である。また、二段法はポリオールとジイソシアネート化合物をイソシアネート基が過剰な環境下で反応させることにより、ポリオール鎖の末端にイソシアネート基を有するプレポリマーを調製し、次いで、これを適当な溶媒中で鎖伸長剤や重合停止剤を存在させた環境下で反応を行うものである。このうち、二段法は均一なポリマー溶液を得られ易いメリットを有する。
【0049】
ポリウレタン樹脂を作製する際に使用される溶剤としては、通常、以下のものが挙げられる。ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族溶剤;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶剤;メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、ジアセトンアルコール等のアルコール系溶剤;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶剤、その他ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、エチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン等が挙げられる。これらの有機溶剤を単独または混合して使用することが可能である。
【0050】
また、樹脂−シリカハイブリッド体と呼ばれる樹脂成分とシリカ成分とを分子結合で一体化した分子構造を有する化合物を樹脂層12に含有させることにより、樹脂層12とシャフト11の間での接着性を向上させることも可能である。樹脂−シリカハイブリッド体は、ケイ素原子と酸素原子の交互結合による網目状のシリカ構造(本発明ではシリカ骨格ともいう)を有する領域と、ポリウレタン樹脂やビニル重合体樹脂からなる有機高分子の領域とから構成されるものである。
【0051】
樹脂−シリカハイブリッド体は、エポキシ基と反応性を有する官能基を有する樹脂とエポキシ基含有アルコキシシラン部分縮合物との反応によりアルコキシ基含有シラン変性樹脂を形成し、アルコキシ基含有シラン変性樹脂を縮合反応により硬化させてシリカ構造を形成するものである。
【0052】
次に、本発明に係る現像ローラの製造方法について説明する。本発明に係る現像ローラは、導電性シャフトの周りに2層構造の樹脂層を設けた構造のもので、樹脂層を構成する樹脂を含有してなる塗布液を塗布し、塗布後、加熱処理を行って作製されるものである。
【0053】
本発明に係る現像ローラの作製手順の例を以下に説明する。
【0054】
先ず、樹脂層12の1つである下層12bを形成する材料を有機溶剤に混合、溶解させて下層12b形成用塗布液を作製する。なお、下層12b形成用塗布液を作製する際、下層12bの電気特性を制御するため、塗布液中にカーボンブラック等の導電性材料を添加することも可能である。
【0055】
塗布液を作製する際には、塗布液中の成分が均一になることが好ましく、たとえば、カーボンブラック等を樹脂とともに添加して塗布液を調製する場合には、カーボンブラック等が均一分散する様に調製することが好ましい。塗布液を調製する手段としては、たとえば、「ダイノーミルTILAB(シンマルエンタープライセス社製)」に代表されるサンドグラインダ型の分散装置等が挙げられる。サンドグラインダ型の分散装置では、たとえば、直径0.5mmガラスビーズ等を使用して分散処理が行われる。
【0056】
この様に塗布液中にカーボンブラック等の導電性材料を均一分散させて、下層12b形成用塗布液を調製する。
【0057】
さらに、樹脂材料、溶媒、導電性材料等を選択し、下層12b形成用塗布液の調製手順と同様の手順により、現像ローラ表面を構成する上層12a形成用塗布液を調製することが可能である。
【0058】
次に、導電性シャフト11上に下層12b形成用塗布液を塗布する。塗布方法は、下層12b形成用塗布溶液の粘度等に応じて種々の方法を選択することが可能である。具体的な塗布方法としては、具体的にはディッピング法、スプレー法、ロールコート法または刷毛塗り法等の方法が挙げられ、本発明ではこれらの塗布方法を限定するものではない。
【0059】
導電性シャフト上に下層12b形成用塗布液を塗布後、乾燥及び加熱処理(たとえば、温度;120〜200℃、処理時間;20〜90分)を行い、下層12b形成用塗布液中の溶剤を除去することにより、下層12bが形成される。なお、本発明では下層12bを形成した時に図2の表面抵抗測定装置30を用いて下層12bの表面抵抗値Rsuを測定する。
【0060】
導電性シャフト11上に下層12bを形成後、下層12b上に上層12a形成用塗布液を塗布し、塗布後、塗布液を乾燥及び加熱処理することにより、上層12aを形成する。上層12aを形成する際の塗布方法や乾燥、加熱処理方法は、下層12bを形成する際に行った方法と同様のものを用いることができ、下層12b上に上層12aを形成することにより、図1に示す2層構造の現像ローラが作製される。そして、上層12aを形成した時、図2の表面抵抗測定装置30を用いて上層12aの表面抵抗値Rsoを測定する。
【0061】
次に、本発明に係る画像形成方法について説明する。本発明に係る現像ローラは、キャリアを用いずに画像形成を行う非磁性一成分系現像剤を用いる画像形成装置に好ましく使用される。
【0062】
本発明に係る現像ローラは、静電潜像を形成する像担持体上にトナーを供給する現像装置に装填されるものである。現像装置は、本発明に係る現像ローラの他に、トナー層規制部材とトナー補給補助部材とを有し、これらの部材がそれぞれ当接する様に配置されている。現像装置ではトナー層規制部材とトナー補給補助部材により現像ローラ上にトナーの薄層を形成し、これを像担持体上に供給して像担持体上に形成された潜像を可視画像化する。
【0063】
トナー層規制部材は、現像ローラ上にトナーを均一な薄層状態にして供給するとともに、供給したトナーを摩擦帯電する。トナー層規制部材は、ウレタンゴムや金属板等の様に、ある程度の弾性を有する部材が用いられ、現像ローラに当接することにより現像ローラ上にトナーの薄層を形成する。現像ローラ上に形成されたトナーの薄層は、トナー粒子が最大で10個分、好ましくは5個分以下の厚さを有するものである。
【0064】
トナー層規制部材の現像ローラへの押圧力は、100mN/cm〜5N/cmが好ましく、200mN/cm〜4N/cmが特に好ましい。押圧力を上記範囲内にすることで、搬送ムラを起こさずにトナー搬送が行え、白スジ等の画像不良の発生が回避される。また、押圧力を上記範囲とすることで、トナーを変形、破砕させる様な負荷を与えずに現像ローラに供給する。現像ローラへの押圧力は、トナー層規制部材を構成する材質や、画像形成時における部材の長さや厚さを調整することにより、上記範囲内にある所望の大きさに設定することが可能である。
【0065】
トナー補給補助部材は、現像ローラにトナーを安定に供給するためのものである。トナー補給補助部材には、例えば、撹拌羽根をつけた水車状のローラやスポンジ状のローラが使用されている。トナー補給補助部材の大きさ(直径)は、現像ローラの直径の0.2〜1.5倍が好ましく、この範囲のときに、現像ローラにトナーが過不足なく供給されて、画像不良のない良好な画像形成を可能にする。
【0066】
また、本発明に係る画像形成方法に使用される像担持体としては、無機感光体、アモルファスシリコン感光体、有機感光体等が挙げられ、この中でも、有機感光体が特に好ましく、さらに、電荷輸送層と電荷発生層とを積層構造としたものが好ましい。
【0067】
以下、本発明に係る画像形成方法に使用可能な現像器(現像装置)について具体的に説明する。
【0068】
図4は本発明に係る画像形成方法に使用可能な現像装置20の断面図である。
【0069】
図4に示す現像装置20は、非磁性1成分系トナー(非磁性1成分現像剤)を用いて現像を行うことが可能である。現像装置20は、本発明に係る現像ローラ10と、現像ローラ10の左側に設けられたバッファ室22と、バッファ室22に隣接するホッパ23とを有する。現像ローラ10は、図示しないモータにより図中反時計回り方向に回転駆動され、図示しない画像形成装置に組み込まれた状態にある像担持体と接触または近接する。
【0070】
バッファ室22にはトナー規制部材であるブレード24が現像ローラ10に圧接させた状態で配置されている。ブレード24は、現像ローラ10上のトナーの帯電量及び付着量を規制するものである。また、現像ローラ10の回転方向に対してブレード24の下流側に、現像ローラ10上のトナー帯電量・付着量の規制を補助するための補助ブレード25をさらに設けることも可能である。
【0071】
現像ローラ10には供給ローラ26が押圧されている。供給ローラ26は、図示しないモータにより現像ローラ10と同一方向(図中反時計回り方向)に回転駆動する。供給ローラ26は、導電性の円柱基体と基体の外周にウレタンフォームなどで形成された発泡層を有する。
【0072】
ホッパ23には一成分現像剤であるトナーTが収容されている。また、ホッパ23にはトナーTを攪拌する回転体27が設けられている。回転体27には、フィルム状の搬送羽根が取付けられており、回転体27の矢印方向への回転によりトナーTを搬送する。搬送羽根により搬送されたトナーTは、ホッパ23とバッファ室22を隔てる隔壁に設けられた通路28を介してバッファ室22に供給される。なお、搬送羽根の形状は、回転体27の回転に伴い羽根の回転方向前方でトナーTを搬送しながら撓むとともに、通路28の左側端部に到達すると真っ直ぐの状態に戻るようになっている。このように羽根はその形状を湾曲状態を経て真っ直ぐに戻るようにすることでトナーTを通路28に供給している。
【0073】
また、通路28には通路28を閉鎖する弁281が設けられている。この弁はフィルム状の部材で、一端が隔壁の通路28右側面上側に固定され、トナーTがホッパ23から通路28に供給されると、トナーTからの押圧力により右側に押されて通路28を開けるようになっている。その結果、バッファ室22内にトナーTが供給される。
【0074】
また、弁281の他端には規制部材282が取り付けられている。規制部材282と供給ローラ26は、弁281が通路28を閉鎖した状態でも僅かな隙間を形成する様に配置される。規制部材282は、バッファ室22の底部に溜まるトナー量が過度にならないように調整するもので、現像ローラ10から供給ローラ26に回収されたトナーTがバッファ室22の底部に多量に落下しないように調整される。
【0075】
現像装置20では、画像形成時に現像ローラ10が矢印方向に回転駆動するとともに供給ローラ26の回転によりバッファ室22のトナーが現像ローラ10上に供給される。現像ローラ10上に供給されたトナーTは、ブレード24、補助ブレード25により帯電、薄層化された後、像担持体との対向領域に搬送され、像担持体上の静電潜像の現像に供される。現像に使用されなかったトナーは、現像ローラ10の回転に伴ってバッファ室22に戻り、供給ローラ26により現像ローラ10から掻き取られ回収される。
【0076】
また、現像装置20に設けられる現像バイアス電源装置29は、現像バイアス電圧Vbの設定値(例えば500V程度)を出力する直流電圧電源と交番電界(例えばVppが2.0kV,周波数2kHz)を形成する交流電源装置より構成される。なお、「Vpp」とは、交番電圧波形の振幅の山と谷の差であるピーク・トゥー・ピーク電圧を示す。
【0077】
画像形成時、静電潜像担持体11が、帯電装置(図示せず)により例えば800V程度の電位に一様に帯電され、その後、所定部分がレーザ等の光学ヘッドにより露光されると、たとえば100V程度の電位に減衰されて静電潜像が形成される。
【0078】
現像領域では、現像バイアス電源装置29から印加される現像バイアス電圧Vbと交番電圧により形成される電界の作用により、現像ローラ10上で薄層形成していたトナーが現像ローラ10周面から飛翔してパウダクラウド化する。そして、静電潜像が形成されている静電潜像担持体上にトナー供給が行われ、静電潜像が現像されてトナー像が形成される。
【0079】
現像ローラ10上に形成されるトナー層の厚さは、たとえば、以下の様な条件設定を行うことにより制御される。すなわち、静電潜像担持体11の周速を100mm/sec、現像ローラ10の周速を200mm/sec、トナー規制部材24が現像ローラ10を押圧する押圧力を、前述の様に100mN/cm〜5N/cm、好ましくは200mN/cm〜4N/cmに設定する。その結果、10層(トナー粒子10個分)以下、好ましくは、5層(トナー粒子5個分)以下のトナー層を形成することができる。
【0080】
なお、本発明に係る現像ローラを搭載可能な現像装置の構成は、図4に示すものに限定されるものではない。
【0081】
次に、図4に示す現像装置20が搭載可能なフルカラー画像形成装置の一例を図5に示す。なお、図4に示す現像装置20が搭載可能な画像形成装置は図5に示すものに限定されるものではない。図5の画像形成装置は、回転駆動される感光体ドラム15の周囲に、感光体ドラム15表面を所定電位に均一帯電させる帯電ブラシ16、感光体ドラム11上の残留トナーを除去するクリーナ17が設けられている。
【0082】
レーザ走査光学系18は、帯電ブラシ16により均一帯電された感光体ドラム15上を走査露光し、感光体ドラム15上に静電潜像を形成する。レーザ走査光学系18は、レーザダイオード、ポリゴンミラー、fθ光学素子を内蔵し、その制御部にはイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック毎の印字データがホストコンピュータから転送される。そして、上記各色の印字データに基づいて、レーザビームが順次出力され、感光体ドラム15上を走査露光して、各色毎の静電潜像を形成する。
【0083】
本発明に係る現像装置20を収納した現像装置ユニット30は、静電潜像が形成された感光体ドラム15に各色トナーを供給して現像を行う。現像装置ユニット30には、支軸33の周囲にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各非磁性1成分トナーをそれぞれ収納した4つの現像装置20Y、20M、20C、20Bkが装着され、支軸33を中心に回転して、各現像装置20が感光体ドラム15と対向する位置に導かれる。
【0084】
現像装置ユニット30は、レーザ走査光学系18により感光体ドラム15上に各色の静電潜像が形成される毎に、支軸33を中心に回転し、対応する色のトナーを収容した現像装置20を感光体ドラム15に対向する位置に導く。そして、各現像装置20Y、20M、20C、20Bkより感光体ドラム15上に、帯電された各色トナーを順次供給して現像を行う。
【0085】
図5の画像形成装置は、現像装置ユニット30より感光体ドラム15の回転方向下流側に無端状の中間転写ベルト40が設けられ、感光体ドラム15と同期して回転駆動する。中間転写ベルト40は、1次転写ローラ41により押圧された部位で感光体ドラム15と接触し、感光体ドラム15上に形成されたトナー画像を転写する。また、中間転写ベルト40を支持する支持ローラ42と対向して、2次転写ローラ43が回転可能に設けられ、支持ローラ42と2次転写ローラ43との対向する部位で、中間転写ベルト40上のトナー画像が記録紙等の記録材S上に押圧転写される。
【0086】
なお、現像装置ユニット30と中間転写ベルト40との間には、中間転写ベルト40上の残留トナーを除去するクリーナ50が中間転写ベルト40に対して接離可能に設けられている。
【0087】
記録材Sを中間転写ベルト40に導く給紙手段60は、記録材Sを収容する給紙トレイ61と、給紙トレイ61に収容した記録材Sを1枚ずつ給紙する給紙ローラ62、給紙した記録材Sを2次転写部位に送るタイミングローラ63より構成される。
【0088】
トナー画像が押圧転写された記録材Sは、エアーサクションベルト等で構成された搬送手段66により定着装置70に搬送され、定着装置70で転写されたトナー画像が記録材S上に定着される。定着後、記録材Sは垂直搬送路80を搬送され、装置本体100の上面に排出される。
【実施例】
【0089】
以下、実施例を挙げて本発明の実施態様を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
1.現像ローラの作製
1−1.塗布液の作製
(1)塗布液1の作製
ファーネスブラック 30質量部
平均粒径260nmのルチル型酸化チタン「GTR−100(堺化学(株)製)」
10質量部
メチルエチルケトン(MEK) 400質量部
を、上記の順にメディアタイプの分散機「ダイノーミルTILAB(シンマルエンタープライセス社製)」に投入し、さらに、直径0.5mmのガラスビーズ100質量部を投入して、1000rpmで2時間の分散処理を行って1次分散液を調製した。
【0090】
次に、上記1次分散液中に、
ウレタン樹脂「ニッポラン5120(日本ポリウレタン社製)」 100質量部
を投入し、1000rpmで分散処理を行うことにより「塗布液1」を作製した。
(2)塗布液2の作製
ファーネスブラック 20質量部
4級アンモニウム塩としてテトラエチルアンモニウムの塩素酸塩 5質量部
メチルエチルケトン(MEK) 400質量部
を、上記の順にメディアタイプの分散機「ダイノーミルTILAB(シンマルエンタープライセス社製)」に投入し、さらに、直径0.5mmのガラスビーズ100質量部を投入して、1000rpmで2時間の分散処理を行って1次分散液を調製した。
【0091】
次に、上記1次分散液中に、
ウレタン樹脂「ニッポラン5120(日本ポリウレタン社製)」 100質量部
を投入し、1000rpmで分散処理を行うことにより「塗布液2」を作製した。
(3)塗布液3の作製
「塗布液1」の作製において、ファーネスブラックの添加量を20質量部に変更した他は同様の手順により、「塗布液3」を作製した。
(4)塗布液4の作製
「塗布液1」の作製において、ルチル型酸化チタンの添加量を20質量部に変更した他は同様の手順により、「塗布液4」を作製した。
(5)塗布液5の作製
ファーネスブラック 15質量部
メチルエチルケトン(MEK) 400質量部
を、メディアタイプの分散機「ダイノーミルTILAB(シンマルエンタープライセス社製)」に投入し、さらに、直径0.5mmのガラスビーズ100質量部を投入して、1000rpmで2時間の分散処理を行って1次分散液を調製した。
【0092】
次に、上記1次分散液中に、
ウレタン樹脂「ニッポラン5120(日本ポリウレタン社製)」 100質量部
を投入し、1000rpmで分散処理を行うことにより「塗布液5」を作製した。
1−2.現像ローラ1〜10の作製
(1)現像ローラ1の作製
直径10mmのSUS303製シャフト周面に、「塗布液1」を乾燥時の厚さが15μmになる様に塗布し、100℃の加熱処理を1時間行って下層を形成し、図2に示す円形電極を用いて下層の表面抵抗値を測定したところ2.0×109Ω/□であった。続いて、下層上に「塗布液2」を乾燥時の厚さが15μmになる様に塗布し、100℃の加熱処理を1時間行って上層を形成して、導電性シャフト上に2層の樹脂層を有してなる「現像ローラ1」を作製した。なお、現像ローラ1の上層の表面抵抗値を前記円形電極を用いて測定したところ、1.0×1010Ω/□であった。
(2)現像ローラ2の作製
「現像ローラ1」の作製において、下層の形成に「塗布液2」を用い、上層の形成に「塗布液1」を用いた他は同様の手順で「現像ローラ2」を作製した。なお、下層の表面抵抗値は1.0×1010Ω/□、上層の表面抵抗値は2.0×109Ω/□であった。
(3)現像ローラ3の作製
「現像ローラ1」の作製において、下層の形成に「塗布液3」を用い、上層の形成に「塗布液2」を用いた他は同様の手順で「現像ローラ3」を作製した。なお、下層の表面抵抗値は1.0×109Ω/□、上層の表面抵抗値は1.0×1010Ω/□であった。
(4)現像ローラ4の作製
「現像ローラ1」の作製において、下層の形成に「塗布液4」を用い、上層の形成に「塗布液1」を用いた他は同様の手順で「現像ローラ4」を作製した。なお、下層の表面抵抗値は2×108Ω/□、上層の表面抵抗値は2×109Ω/□であった。
(5)現像ローラ5の作製
「現像ローラ2」の作製において、上層にも「塗布液2」を用いた他は同様の手順で「現像ローラ5」を作製した。
(6)現像ローラ6の作製
「現像ローラ2」の作製において、上層及び下層の乾燥後の厚さがそれぞれ8μmになる様に塗布液を塗布した他は同様の手順で「現像ローラ6」を作製した。なお、上層及び下層の表面抵抗値は「現像ローラ2」と同じであった。
(7)現像ローラ7の作製
「現像ローラ2」の作製において、上層及び下層の乾燥後の厚さがそれぞれ22μmになる様に塗布液を塗布した他は同様の手順で「現像ローラ7」を作製した。なお、上層及び下層の表面抵抗値は「現像ローラ2」と同じであった。
(8)現像ローラ8の作製
「現像ローラ1」の作製において、下層の形成に「塗布液5」を用い、上層の形成に「塗布液2」を用いた他は同様の手順で「現像ローラ8」を作製した。なお、下層の表面抵抗値は2×1011Ω/□、上層の表面抵抗値は1×1010Ω/□であった。
(9)現像ローラ9の作製
「現像ローラ8」の作製において、上層の形成に「塗布液1」を用いた他は同様の手順で「現像ローラ9」を作製した。なお、下層の表面抵抗値は2×1011Ω/□、上層の表面抵抗値は2×109Ω/□であった。
(10)現像ローラ10の作製
「現像ローラ1」の作製において、上層の形成に「塗布液5」を用いた他は同様の手順で「現像ローラ10」を作製した。なお、下層の表面抵抗値は2×109Ω/□、上層の表面抵抗値は2×1011Ω/□であった。
【0093】
以上の様に作製した導電性シャフト上に2層の樹脂層を有してなる「現像ローラ1〜10」における下層と上層の表面抵抗値の比Rsu/Rsoの値を表1に示す。
【0094】
【表1】

【0095】
2.トナーの作製
(1)「樹脂粒子分散液1」の作製
撹拌装置を取り付けたフラスコに下記化合物を投入、溶解させて混合液を作製し、さらに80℃に加温した。
【0096】
ペンタエリスリトールテトラステアリン酸エステル 72.0質量部
スチレン 115.1質量部
n−ブチルアクリレート 42.0質量部
メタクリル酸 10.9質量部
一方、撹拌装置、温度センサ、冷却管、窒素導入装置を取り付けたセパラブルフラスコに、アニオン系界面活性剤(ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム:SDS)7.08質量部をイオン交換水2760質量部に溶解させた界面活性剤溶液を投入し、窒素気流下で撹拌速度230rpmで撹拌しながら80℃に昇温させた。次いで、循環経路を有する機械式分散機「クレアミックス(エム・テクニック(株)製)」により、前記界面活性剤溶液(80℃)中に前記混合液(80℃)を混合分散させ、均一な分散粒子径を有する乳化粒子(油滴)が分散された乳化液を調製した。
【0097】
この分散液に、重合開始剤(過硫酸カリウム:KPS)0.84質量部をイオン交換水200質量部に溶解させた開始剤溶液を添加し、この系を80℃にて3時間にわたり加熱・撹拌して重合反応を行った。得られた反応溶液に、重合開始剤(KPS)7.73質量部をイオン交換水240質量部に溶解させた溶液を添加し、15分後に温度を80℃とした後、下記化合物よりなる混合液を100分間かけて滴下した。
【0098】
スチレン 383.6質量部
n−ブチルアクリレート 140.0質量部
メタクリル酸 36.4質量部
n−オクチルメルカプタン 12質量部
この系を80℃で60分間にわたり加熱・撹拌させた後、40℃まで冷却することにより、ワックスを含有する樹脂粒子分散液(以下、「ラテックス(1)」という。)を作製した。
(2)「着色剤分散液K」の作製
一方、n−ドデシル硫酸ナトリウム9.2質量部をイオン交換水160質量部に撹拌溶解した。この溶液を撹拌しながら、着色剤としてカーボンブラック「モーガルL」(キャボット社製)20質量部を徐々に添加し、次いで、機械式分散機「クレアミックス」(エム・テクニック(株)製)を用いて分散処理することにより、「着色剤分散液K」を調製した。「着色剤分散液K」における着色剤粒子の粒子径を電気泳動光散乱光度計「ELS−800」(大塚電子社製)で測定したところ、重量平均粒子径で120nmであった。
(3)「着色粒子K」の作製
温度センサ、冷却管、撹拌装置(撹拌翼を2枚有し、交差角が20°)、形状モニタリング装置を取り付けた反応容器に、
「ラテックス(1)」 1250質量部(固形分換算)
イオン交換水 2000質量部
「着色剤分散液K」 全量
を投入し、内温を25℃に調整後、この分散液混合溶液に5mol/リットルの水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHを10.0に調整した。
【0099】
次いで、塩化マグネシウム・6水和物52.6質量部をイオン交換水72質量部に溶解した水溶液を、撹拌下25℃にて10分間かけて添加した。その後、直ちに昇温を開始し、この系を5分間かけて95℃まで昇温(昇温速度14℃/分)させた。
【0100】
この状態で「マルチサイザー3(ベックマン・コールター社製)」にて凝集粒子の粒径を測定し、体積基準メディアン径(D50)が6.5μmになった時点で、塩化ナトリウム115質量部をイオン交換水700質量部に溶解させた水溶液を添加して粒子成長を停止させた。さらに、液温度90℃にて8時間にわたり加熱撹拌(撹拌回転数120rpm)を行って融着を継続させて熟成処理した後、この系を10℃/分の条件で30℃まで冷却し、塩酸を添加してpHを3.0に調整し、撹拌を停止した。
【0101】
生成した粒子を濾過し、イオン交換水で繰り返し洗浄して遠心分離装置によって液中分級処理し、その後、フラッシュジェットドライヤを用いて乾燥処理して含水率1.0質量%の「着色粒子K」を生成した。
(4)「トナーK」の作製
上記「着色粒子K」に、数平均一次粒子径が12nm、疎水化度が65の疎水性シリカを0.8質量部、数平均一次粒子径が30nm、疎水化度が55の疎水性チタニアを0.5質量部添加し、ヘンシェルミキサーにて混合して、「トナーK」を作製した。
3.評価実験
市販のカラーレーザプリンタ「Magicolor 5440DL(コニカミノルタビジネステクノロジーズ(株)製)」に、現像ローラ1〜10と上記トナーを収納した現像装置を搭載して各々評価を行った。現像条件におけるVbを420V、Vppを1100V、交番電界の周波数を2.0kHzに設定した。表1に示す様に、現像ローラ(現像装置)1〜10を実施例1〜7、及び、比較例1〜3とした。
【0102】
評価は、低温低湿環境(10℃、20%RH)下で3000枚の連続プリントを実施し、連続プリント実施後に、残留電位変動、カブリの発生、濃度ムラ、白抜け、機内汚れについて行った。なお、連続プリントに使用したプリント画像は、プリント上の画素率が6%となる画像で、反射濃度が0.80となるハーフトーン画像、人物顔写真、白地画像、ベタ画像がそれぞれ1/4等分されたA4サイズの画像を出力したものである。
【0103】
〈現像ローラの残留電位〉
連続プリント実施前に、低温低湿環境(10℃、20%RH)下におかれた図3の残留電位測定装置に現像ローラをセットし、プリント実施前における現像ローラの残留電位を測定した。連続プリントを実施後、画像形成装置に装填されている現像装置より現像ローラを取り出して、前記残留電位測定装置にて連続プリント実施後の現像ローラの残留電位を測定した。連続プリント実施前後における電位差が10V以下のものを合格とした。
【0104】
〈カブリ〉
2998枚目から3000枚目の3枚のプリント画像上のハーフトーン画像、人物顔写真、白地画像を目視評価し、カブリの発生状況を評価した。評価は
○:カブリの発生が見られず問題なし
△:白地部でカブリの発生がわずかに見られたが、ハーフトーン画像や人物顔写真画像上では認められなかった
×:3つの画像上でカブリの発生が確認された
とし、○と△を合格とした。
【0105】
〈濃度ムラ〉
2998枚目より3000枚目の3枚のプリント画像中の反射濃度が0.80となるハーフトーン画像、及び、ベタ画像を用いて評価を行った。それぞれの画像上において測定個所を任意に7点選択し、マクベス反射濃度計(RD−918)を使用して反射濃度を測定し、最大濃度と最小濃度の差を算出して3枚の平均値をとることにより濃度ムラの評価を行った。最大濃度と最小濃度の差が小さいほど濃度ムラが小さい。ハーフトーン画像における濃度差が0.05以下で、かつ、ベタ画像における濃度差が0.15以下のものを合格とした。
【0106】
〈白抜け〉
3000枚のプリント終了後に出力した評価用画像上のハーフトーン画像部とベタ画像部で評価を行った。長径が0.4mm以上の白抜けがA4用紙上に何個あるかで判定し、20個未満を合格とし、特に、白抜けの数が3個以下のものは優れているものと評価した。なお、白抜けの長径はビデオプリンタ付き顕微鏡で測定したものである。
【0107】
〈機内汚れ〉
3000枚の連続プリント後の現像装置からのトナーこぼれによる機内汚れの状態を目視で評価するとともに、現像装置を画像形成装置から取り外したときの手の汚れ具合を評価した。以下の4ランクに分類し判定した。
【0108】
◎;現像装置上蓋のトナー付着や装置内の機内汚れが見られず、現像装置を取り外しても全く手が汚れなかった
○;現像装置では現像ローラ付近の上蓋に若干のトナー付着があったが、それ以外の個所ではトナーの付着が見られない。また、装置内のトナー飛散も見られず、現像装置を取り外しても手はよごれなかった
△;現像装置上蓋の一部にトナー付着があったが、装置内のトナー飛散は見られず、現像装置を取り外しても手は汚れなかった
×:機内へのトナー飛散が確認され、また、現像装置を取り外した際に手洗いが必要な程に手が汚れた。
【0109】
結果を表2に示す。
【0110】
【表2】

【0111】
表2に示す様に、本発明に該当する現像ローラを搭載した実施例1乃至7は、3000枚の連続プリント前後で現像ローラ表面における残留電位の変動は問題のないレベルのものであった。また、連続プリント終了時もプリント画像上にカブリや濃度ムラ、白抜けといった画像欠陥は見られず安定した画像形成が行えるとともに機内汚れも認められなかった。一方、比較例1乃至3は上記評価項目中の全ての項目を満足する結果が得られるものはなく、本発明の効果が発現されないことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【0112】
【図1】本発明に係る現像ローラの断面図である。
【図2】現像ローラの表面抵抗値を測定する表面抵抗測定装置の構成図である。
【図3】現像ローラの表面電位測定装置の概略図である。
【図4】本発明に係る現像ローラが搭載可能な現像装置の断面図である。
【図5】本発明に係る現像ローラが使用可能なフルカラー画像形成装置の断面図で
【符号の説明】
【0113】
10 現像ローラ
11 導電性シャフト
12 樹脂層
12a 上層
12b 下層
20 現像装置
30 表面抵抗測定装置
31A、31B 電極ローラ
32 直流電源
33 電流計

【特許請求の範囲】
【請求項1】
導電性シャフトの周りに2層の樹脂層を有する現像ローラであって、
前記樹脂層のうち、前記現像ローラ表面を構成する層の表面抵抗値をRso、導電性シャフトに隣接する層の表面抵抗値をRsuとしたときに、
0.1≦Rsu/Rso≦10.0
の関係を有することを特徴とする現像ローラ。
【請求項2】
導電性シャフトの周りに2層の樹脂層を設けた現像ローラ表面にトナーを担持させ、担持させたトナーを像担持体上に供給して像担持体上の静電潜像を現像する工程を有する画像形成方法であって、
前記像担持体上にトナーを供給する前記現像ローラが、
前記樹脂層のうち、前記現像ローラ表面を構成する層の表面抵抗値をRso、導電性シャフトに隣接する層の表面抵抗値をRsuとしたときに、
0.1≦Rsu/Rso≦10.0
の関係を有するものであることを特徴とする画像形成方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2009−20256(P2009−20256A)
【公開日】平成21年1月29日(2009.1.29)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−182026(P2007−182026)
【出願日】平成19年7月11日(2007.7.11)
【出願人】(303000372)コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Fターム(参考)】