説明

現像ローラ、電子写真用プロセスカートリッジ、電子写真用画像形成装置

【課題】高温高湿下において、画像形成初期における、他部材との摩擦力を低減し、かつ、現像剤や粒子の固着による画像不良を抑制可能な現像ローラを提供する。
【解決手段】軸芯体と、該軸芯体の外周に設けられたポリウレタン樹脂を含有する樹脂層とを有し、該樹脂層の表面に、多孔性樹脂粒子が該表面から脱離可能に付着させられていることを特徴する現像ローラ。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、多孔性樹脂粒子が付着した現像ローラ、これを用いた電子写真用プロセスカートリッジ及び電子写真用画像形成装置に関する。
【背景技術】
【0002】
複写機や光プリンタ等の電子写真用画像形成装置の画像形成方法としては、非磁性一成分の現像剤(以下、トナーと示す場合有り)を用いた現像法が知られている。具体的には、回転可能な感光体を帯電ローラ等の帯電手段により一様に帯電し、一様に帯電した感光体表面にレーザー光を露光して静電潜像を形成する。次に、現像装置において、現像剤容器内のトナーが現像剤供給ローラ及び現像剤量規制部材によって現像ローラ上に均一に塗布され、感光体と現像ローラとの接触部でトナーによる現像が行われる。その後、感光体上のトナー像は転写部において記録材上に転写され、定着部において熱と圧力により定着され、画像形成が完了した記録材が電子写真用画像形成装置外へ排出される。
【0003】
このような画像形成方法において、現像装置としては、以下のような構成を有するものを挙げることができる。トナーを収納する現像剤容器の開口を閉塞し、かつ、一部を容器外に露出させ、この露出部分において感光体に対向するように現像ローラを設ける。現像剤容器内には、現像ローラにトナーを供給する現像剤供給ローラ、現像ローラ上のトナーを薄膜に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が設けられる。現像ローラは一般的に金属の芯金の周囲に弾性を持った樹脂層が形成されているものを使用する。
【0004】
このような弾性材料によって形成される現像ローラは、高温高湿下のような特殊な環境において表面のタック性が増大し、現像剤量規制部材との摩擦力増加による現像ローラの駆動トルク増大や、現像ローラ表面へのトナーの固着等の現象を引き起こす場合がある。
【0005】
特に、近年、電子写真画像形成装置の高耐久化への対応として、現像ローラの表面硬度の柔軟化が検討されているが、その弊害として、上記のトナー固着への対応が特に求められるようになってきている。
【0006】
従来知られている現像ローラの構成として、現像ローラの表面に微粒子を付着させる方法が挙げられる(特許文献1〜4)。しかし、これらの方法では駆動トルク低減には効果があるが、高温高湿下でのタック性増大による現像ローラ表面へのトナーの固着に対しては効果が不十分であった。また、前記微粒子自体が現像ローラ表面に固着する問題に対しても対策が不十分であった。
【特許文献1】特開平8−179619号公報
【特許文献2】特開平9−62086号公報
【特許文献3】特開平11−65266号公報
【特許文献4】特開平11−311890号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明の課題は、高温高湿下においても、他部材との摩擦力を低減し、かつ、トナーや粒子の固着による画像不良を抑制することができる現像ローラ、電子写真用プロセスカートリッジ及び電子写真用画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者らは、現像ローラの表面に特定の性状を有する多孔性樹脂粒子を付着させることにより、高温高湿下においても、他部材との摩擦力を低減し、かつ、トナーや粒子の固着による画像不良を抑制することができることを見出した。かかる知見に基づき、本発明を完成するに至った。
【0009】
即ち、本発明は、軸芯体と、該軸芯体の外周に設けられた樹脂層を有する現像ローラにおいて、該樹脂層はポリウレタン樹脂を含有し、該樹脂層の表面に、多孔性樹脂粒子が該表面から脱離可能に付着させられていることを特徴とする現像ローラに関する。
【0010】
また、本発明は、潜像担持体表面にトナーを供給して現像剤像とする現像ローラと、該現像ローラ上のトナーを薄膜に形成し該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とを備えた電子写真用画像形成装置に着脱自在な電子写真用プロセスカートリッジにおいて、該現像ローラが、前記現像ローラであることを特徴とする電子写真用プロセスカートリッジに関する。
【0011】
また、本発明は、潜像担持体表面にトナーを供給してトナー像とする現像ローラと、該現像ローラ上のトナーを薄膜に形成し該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とを備えた電子写真用画像形成装置において、該現像ローラが、前記現像ローラであることを特徴とする電子写真用画像形成装置に関する。
【発明の効果】
【0012】
本発明の現像ローラは、高温高湿下において、他部材との摩擦力を低減し、かつ、トナーや多孔性樹脂粒子が現像ローラの表面に固着することに起因する画像不良を抑制することができる。また、本発明の電子写真用プロセスカートリッジや、電子写真用画像形成装置は、高温高湿下において、現像ローラと他部材との摩擦力を低減し、かつ、トナーや多孔性樹脂粒子の現像ローラ表面への固着を防止して良好な画像形成を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
本発明の多孔性樹脂粒子が付着した現像ローラ1Pは、一例として図1に示すような構成をとり、軸芯体2と、軸芯体2の周囲に設けられた樹脂層4とを有する現像ローラの表面に、多孔性樹脂粒子5が該表面から脱離可能に付着させられている。
【0014】
<樹脂層4>
上記軸芯体2の外周に設けられる樹脂層4は、ポリウレタン樹脂を含有する。樹脂層4に含まれるポリウレタン樹脂としては、エーテル系ポリウレタン、エステル系ポリウレタン、アクリル系ポリウレタン、カーボネート系ポリウレタンが挙げられる。これらの中でも、トナーとの摩擦力によってトナーに負極性の電荷を付与しやすいポリエーテルポリウレタン樹脂が好ましい。
【0015】
ポリエーテルポリウレタン樹脂は公知のポリエーテルポリオールとイソシアネート化合物との反応により得ることができる。ポリエーテルポリオールとしては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコールが挙げられる。また、これらのポリオール成分は必要に応じて予め以下のイソシアネートにより鎖延長したプレポリマーとしてもよい。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(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)。
【0016】
これらのポリオール成分と反応させるイソシアネート化合物としては特に限定されるものではないが、例えば以下の化合物を用いることができる。エチレンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)の如き脂肪族ポリイソシアネート、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、シクロヘキサン1,3−ジイソシアネート、シクロヘキサン1,4−ジイソシアネートの如き脂環族ポリイソシアネート、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(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)の如き芳香族ポリイソシアネート、及びこれらの変性物や共重合物、そのブロック体。
【0017】
多孔性樹脂粒子が付着した現像ローラ1Pとして表面粗度が必要な場合は、樹脂層4に粗さ制御のための微粒子を添加してもよい。粗さ制御用微粒子の体積平均粒径は3〜20μmであることが好ましい。また、樹脂層4に添加する該粗さ制御用微粒子の添加量は、樹脂層4の樹脂固形分100質量部に対し、1〜50質量部であることが好ましい。
【0018】
粗さ制御用微粒子には、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂の微粒子を用いることができる。これらは1種又は2種以上を併用することができる。
【0019】
上記樹脂層4は導電剤を含有することが好ましい。導電剤としては、トナーに対する摩擦帯電性と樹脂層4表面の付着性を最適なバランスに制御することができる理由から、カーボンブラックが好ましい。
【0020】
前記カーボンブラックとしては、具体的には以下のものを挙げることができる。「ケッチェンブラック」(商品名、ライオン株式会社製)、アセチレンブラックの如き導電性カーボンブラック;SAF、ISAF、HAF、FEF、GPF、SRF、FT、MTの如きゴム用カーボンブラック。その他、酸化処理を施したカラーインク用カーボンブラック、熱分解カーボンブラックを用いることができる。これらは1種又は2種以上を併用することができる。
【0021】
カーボンブラックの含有量としては、樹脂層4中に10〜30質量%含有することが好ましい。
【0022】
前記カーボンブラックの他、使用可能な導電剤としては、以下のものを挙げることができる。天然若しくは、人造グラファイト;銅、ニッケル、鉄、アルミニウムの如き金属粉;酸化チタン、酸化亜鉛、酸化錫の如き金属酸化物粉;ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレンの如き導電性高分子。これらは必要に応じて1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0023】
樹脂層4には、その他、機能を阻害しない範囲で、架橋剤、可塑剤、充填剤、増量剤、加硫剤、加硫助剤、架橋助剤、酸化防止剤、老化防止剤、加工助剤、レベリング剤を含有させることができる。
【0024】
樹脂層4の厚さは、1〜100μmの範囲であることが好ましい。
【0025】
<多孔性樹脂粒子>
多孔性樹脂粒子5は、樹脂層4の表面に、該表面から脱離可能に付着させられている。ここで「脱離可能に付着」とは、粘着テープ(商品名「スコッチメンディングテープ」(住友スリーエム(株)製)によって、多孔性樹脂粒子5を、該表面から剥離可能な程度に付着していることを指す。一方、上記の粘着テープによる粘着力によっては、表面から剥離できない程度に付着している場合を、本発明においては「固着」と定義する。
【0026】
多孔性樹脂粒子5を樹脂層4の表面に、該表面から脱離可能に付着させることにより、高温高湿下での画像形成初期における、樹脂層4に対するトナーの固着を有効に抑制することができる。その理由は現時点では明らかでないが、多孔性樹脂粒子5は、比重が相対的に小さく、また、樹脂層4の表面に対する接触面積が相対的に少ないため、樹脂層4の表面を転がりやすいためと推測される。
【0027】
多孔性樹脂粒子5の個数平均粒径は、5〜50μm、特には10〜30μmであることが好ましい。個数平均粒径が上記の数値範囲内にあると、多孔性樹脂粒子5が樹脂層4の表面に固着してしまうことを抑制できる。また、多孔性樹脂粒子5を密に付着させることができるため、樹脂層4とトナーとが直接、接することを抑制できる。その結果、トナーの樹脂層4の表面への固着を有効に抑制できる。
【0028】
また、多孔性樹脂粒子5の比表面積は、2〜100m2/g、特には10〜70m2/gであることが好ましい。比表面積を上記の数値範囲内とすることで、多孔性樹脂粒子5の吸水力が十分となり、現像ローラの表面のタック性が大きくなることを抑制できる。その結果、トナー等の樹脂層4の表面への固着を抑制できる。また、多孔性樹脂粒子5の脆化による多孔性樹脂粒子5の破損も有効に抑制できる。
【0029】
また、多孔性樹脂粒子5の圧縮強度は、1.0〜5.0MPa以下、特には、2.0〜4.0MPaであることが好ましい。圧縮強度を上記の数値範囲内とすることにより、多孔性樹脂粒子5が過度に柔軟になり、多孔性樹脂粒子5が樹脂層4の表面に固着してしまうことを抑制できる。また、駆動時に樹脂層4に過度のストレスがかからず、樹脂層4を傷つけることを抑制できる。
【0030】
また、多孔性樹脂粒子5は球状、塊状とさまざまな形状とすることが可能であるが、多孔性樹脂粒子5自体の固着を防止するためには球状であることが好ましい。ここで、球状とは、後述する測定方法で測定される相加平均円形度が0.96〜1.00の粒子を指す。相加平均円形度は粒子の凹凸の度合いを示す指標であり、粒子が完全な球形の場合に1.00を示し、表面形状が複雑になる程、相加平均円形度は小さな値となる。
【0031】
本発明の多孔性樹脂粒子5としては、各種の素材、物性の粒子を一般に使用可能であり、このような多孔性樹脂粒子5としては、多孔性アクリル樹脂粒子、多孔性ポリアミド樹脂粒子等が挙げられる。これらの粒子5は、また、吸水性を有するため、高温高湿条件下において、表面層4の表面において、水分を吸収し、樹脂層4が吸湿し、樹脂層4の表面のタック性が上昇することを有効に抑制できるものと推測される。
【0032】
上市された多孔性アクリル樹脂粒子としては、松本油脂(株)製の「マツモトマイクロスフィアーM−600」(商品名)、積水化成品工業(株)製の「テクポリマーARP−8」(商品名)等が挙げられる。また、上市された多孔性ポリアミド樹脂粒子としては、宇部興産(株)製の「POMP」(商品名)等が挙げられる。
【0033】
多孔性アクリル樹脂粒子の製造方法の一例としては、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸塩、(メタ)アクリル酸エステルの如き重合性アクリルモノマーと架橋剤とを水と有機溶剤の混合液体中で懸濁重合することにより得る方法が挙げられる。
【0034】
また、多孔性ポリアミド樹脂粒子の製造方法の一例としては、ポリアミド樹脂とその良溶媒、貧溶媒、及び水の混合液体を調製後、静置析出させることにより多孔性ポリアミド樹脂粒子を得る方法が挙げられる。
【0035】
本発明の上記多孔性樹脂粒子5としては、樹脂層4の表面に適度な付着性を有することが好ましい。また、例え、現像ローラに固着した場合においても、電子写真画像に極力影響を及ぼさないものが好ましい。このような多孔性樹脂粒子としては、ポリウレタン樹脂と帯電系列が近いものが好ましく、具体的には、多孔性アクリル樹脂粒子が挙げられる。
【0036】
また、上記多孔性樹脂粒子5は樹脂層4の表面への付着密度は、0.10〜1.00mg/cm2、より好ましくは、0.40〜0.60mg/cm2である。付着密度をこのような数値範囲とすることにより、トナー固着防止、多孔性樹脂粒子5の固着防止がより効果的に行われる。
【0037】
また、本発明の多孔性樹脂粒子5が付着した現像ローラ1Pは、上記で説明したとおり、軸芯体2の周囲に樹脂層4を有するものであるが、図2に一例を示すとおり、軸芯体2と樹脂層4との間に更に一層以上の弾性層3を有することができる。
【0038】
このような弾性層3はゴム材で成形することが好ましく、具体的には、以下のものを挙げることができる。エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム(EPDM)、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)、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、ウレタンゴム。これらは1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。これらのうち、シリコーンゴムは柔軟性、かつ、圧縮永久歪が小さいため好ましい。該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や、これらのポリシロキサンの共重合体を挙げることができる。
【0039】
前記弾性層3は導電剤を含有させることが好ましい。導電剤としては、イオン導電剤、電子導電剤いずれであってもよい。具体的には、カーボンブラック、グラファイトの如き炭素系物質;銅、ニッケル、鉄、アルミニウムの如き金属粉;酸化チタン、酸化亜鉛、酸化錫の如き金属酸化物粉;ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレンの如き導電性高分子を挙げることができる。これらは、単独または2種類以上を組み合わせて使用することができる。これらの導電剤は粉末状や繊維状の微粒子として用いることができる。これらのうち、カーボンブラックは導電性の制御が容易であり、経済的であることから好ましい。
【0040】
前記弾性層3には、その他、上記組成の機能を阻害しない範囲で、必要に応じて架橋剤、可塑剤、充填剤、増量剤、加硫剤、加硫助剤、架橋助剤、酸化防止剤、老化防止剤、加工助剤の如き各種添加剤を含有させることができる。充填剤のうち、非導電性充填剤としては、シリカ、石英粉末、酸化チタン、酸化亜鉛、及び炭酸カルシウムを挙げることができる。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、及びジクミルパーオキサイドを挙げることができる。
【0041】
前記弾性層3の厚さは、樹脂層4表面における硬度を最適な範囲にするため、所望の弾性を有するように適宜選択することができ、2.0〜6.0mmであることが好ましい。更に、弾性層3と樹脂層4の間に、易帯電性、又は耐摩擦性等の機能を有する機能層を有するものであってもよい。
【0042】
本発明の多孔性樹脂粒子が付着した現像ローラ1Pに用いる軸芯体2は、上層の樹脂層4又は弾性層3を支持可能な強度を有し、樹脂層4又は弾性層3の電極として作用する導電性を有するものである。軸芯体2の材質としては、例えば、ステンレス(SUS)、アルミニウム、銅、鉄およびそれらの金属を含む合金、クロム又はニッケルで鍍金処理を施した鉄、導電性を有する合成樹脂を挙げることができる。更に、金属製軸芯体に酸化処理などの防錆処理を行ったものであってもよい。
【0043】
軸芯体2の形状は円柱状が好ましいが、円筒状であってもよく、必要に応じて表面にプライマー処理を行ってもよい。軸芯体2の外径は、4mm〜10mmの範囲を挙げることができる。なお、該軸芯体2の端部には、現像ローラに回転トルクを付与するためにDカット、小判カットの加工を施すことが好ましい。
【0044】
本発明の多孔性樹脂粒子が付着した現像ローラ1Pの製造方法としては、まず、軸芯体2上、又は軸芯体2上に形成した弾性層3上に樹脂層4を形成する。
【0045】
軸芯体2上に弾性層3を形成する方法としては、型成形法、押出成形法、射出成形法、塗工成形法を使用することができる。弾性層3の表面は、樹脂層4との密着性向上のため、表面研磨や、コロナ処理、フレーム処理、エキシマ処理の表面改質方法で改質することもできる。
【0046】
樹脂層4の形成は、塗工成形法が好ましい。塗工成形法としては、浸漬塗工、スプレー塗工又はロールコートを使用することができる。
【0047】
上記形成に浸漬塗工を使用する場合、一例として、図3のような塗布装置を用いることができる。図3では、一例として弾性層3を設けた軸芯体2を浸漬塗工する場合を示しているが、弾性層3を設けていない軸芯体2を直接浸漬塗工する場合に用いてもよい。
【0048】
図3の塗布装置は、弾性層3を設けた軸芯体2の外径よりわずかに大きな内径を有し、弾性層3を設けた軸芯体2を軸方向に浸漬可能な深さを有する円筒形の浸漬槽27が備えられる。浸漬槽27の上縁外周には環状の液受け部が設けられており、撹拌タンク29と接続されている。また浸漬槽27の底部は撹拌タンク29と接続されている。
【0049】
撹拌タンク29の塗料は、液送ポンプ28によって浸漬槽27の底部に送り込まれる。浸漬槽27の上端部からは、塗料がオーバーフローし、浸漬槽27の上縁外周の液受け部を介して撹拌タンク29に戻る。弾性層3を設けた軸芯体2は昇降装置30に垂直に固定され、浸漬槽27中に浸漬し、引き上げることで塗膜を形成する。
【0050】
塗膜の形成後、弾性層3を設けた軸芯体2を昇降装置30から取り外し、樹脂塗膜を乾燥後、加熱硬化して、樹脂層4を形成する。加熱硬化は、温度120〜180℃の環境下、60〜300分間行う。これにより、現像ローラが得られる。
【0051】
現像ローラへの多孔性樹脂粒子5の付着方法としては、特に制限されるものではないが、多孔性樹脂粒子5をスポンジ、布、紙に染み込ませ、これを樹脂層4表面と摺擦させることにより付着させる方法が挙げられる。また、多孔性樹脂粒子5を溶剤に分散させた塗料を調製し、この塗料をディッピング法やスプレー法により塗布・乾燥することにより付着させる方法が挙げられる。
【0052】
その中でも、図4の概略構成図に示すように、あらかじめ多孔性樹脂粒子5を適量含ませたスポンジローラRに前記現像ローラの樹脂層4表面を押し当て、スポンジローラR及び現像ローラを回転摺擦させる。これにより、樹脂層4上に多孔性樹脂粒子を付着させる方法を用いることができる。その際、多孔性樹脂粒子5の付着量はスポンジローラRの現像ローラに対する侵入量、摺擦速度、摺擦時間により制御することが可能である。
【0053】
本発明の電子写真用画像形成装置は、潜像担持体表面にトナーを供給してトナー像とする現像ローラと、該現像ローラ上のトナーを薄膜に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とを備える。また、該現像ローラが前記多孔性樹脂粒子が付着した現像ローラ1Pであることを特徴とする。
【0054】
その一例として、図5の概略構成図に示すタンデム方式のカラー電子写真用画像形成装置を挙げることができる。図5に示すカラー電子写真用画像形成装置には、イエロートナー、マゼンダトナー、シアントナー、ブラックトナーの各色トナー毎に設けられる画像形成ユニットa〜dが設けられる。各画像形成ユニットには、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12、一様に帯電処理した感光体6にレーザー光11を照射して静電潜像を形成する露光手段、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10が設けられる。
【0055】
一方、給紙ローラ24により供給される紙、OHPシートの如き記録材23を搬送する転写搬送ベルト21が駆動ローラ17、従動ローラ22、テンションローラ20に懸架されて設けられる。転写搬送ベルト21には吸着ローラ25を介して吸着バイアス電源26の電荷が印加され、記録材23を表面に静電気的に付着させて搬送する。
【0056】
各画像形成ユニットの感光体6上のトナー像を、転写搬送ベルト21によって搬送される記録材23に転写するための電荷を印加する転写バイアス電源19が設けられる。転写バイアスは転写搬送ベルト21の裏面に配置される転写ローラ18を介して印加される。各画像形成ユニットa〜dにおいて形成される各色のトナー像は、画像形成ユニットに同期して可動される転写搬送ベルト21によって搬送される記録材23上に、順次重畳して転写される。
【0057】
更に、カラー電子写真用画像形成装置には、記録材23上に重畳転写したトナー像を加熱などにより定着する定着装置16、画像形成された記録材23を装置外に排出する搬送装置(不図示)が設けられる。
【0058】
一方、各画像形成ユニットには各感光体6上に転写されずに残存する転写残トナーを除去し表面をクリーニングするクリーニングブレードを有するクリーニング装置13が設けられる。更に、その他感光体6から掻き取られたトナーを収納する廃現像剤容器が設けられる。クリーニングされた感光体6は画像形成可能状態とされて待機する。
【0059】
上記各画像形成ユニットに設けられる現像装置10には、一成分現像剤として非磁性現像剤を収容した現像剤容器8が設けられる。また、現像剤容器8の開口を閉塞するように設置され、現像剤容器8から露出した部分で感光体6と対向するように多孔性樹脂粒子が付着した現像ローラ1Pが設けられる。
【0060】
現像剤容器8内には、前記現像ローラ1Pにトナーを供給すると同時に、現像後現像ローラ1P上に使用されずに残留するトナーを掻き取るための現像剤供給ローラ7が設けられる。また、現像ローラ1P上のトナーを薄膜状に形成すると共に、摩擦帯電する現像剤量規制部材9が設けられる。現像剤供給ローラ7と現像剤量規制部材9は、それぞれ、多孔性樹脂粒子が付着した現像ローラ1Pに当接配置されている。現像剤量規制部材9にはブレードバイアス電源14が接続され、現像ローラ1Pには現像ローラバイアス電源15が接続され、画像形成時において、現像剤量制部材9と現像ローラ1Pにはそれぞれ電荷が印加される。
【0061】
現像剤供給ローラ7としては、軸芯体上に発泡スポンジ体や、ポリウレタンフォームを設けたものや、レーヨン、ポリアミドの如き繊維を植毛したファーブラシ構造のものが好ましい。現像後の多孔性樹脂粒子が付着した現像ローラ1P上の残留トナーの除去を容易にするためである。
【0062】
また、本発明の電子写真用プロセスカートリッジは、潜像担持体表面にトナーを供給してトナー像とする現像ローラと、現像ローラ上のトナーを薄膜に形成し該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とを備える。また、該プロセスカートリッジは、電子写真用画像形成装置に着脱自在に設けられるものであって、該現像ローラが、前記多孔性樹脂粒子が付着した現像ローラ1Pであることを特徴とする。
【0063】
その一例として、図6の概略構成図に示す電子写真用プロセスカートリッジを挙げることができる。図6に示す電子写真用プロセスカートリッジは、現像装置10と、感光体6、クリーニング装置13を有し、これらが一体化されて電子写真用画像形成装置本体に着脱自在に設けられる。例えば、図5におけるカラー電子写真用画像形成装置において、前記画像形成ユニットとして本発明に係る電子写真用プロセスカートリッジを用い、着脱可能に組み込んでもよい。現像装置10についても電子写真用画像形成装置で説明したものと同様のものを挙げることができる。本発明の電子写真用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23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。
【0064】
なお、各物性の測定は、以下に示す測定方法により行った。
【0065】
<多孔性樹脂粒子5の個数平均粒径の測定方法>
多孔性樹脂粒子5の個数平均粒径は、無作為に200個選んで測定した最大直径の相加平均値とする。最大直径の測定にはFE−SEM(商品名:「S−4800」、(株)日立ハイテクノロジー)を使用し、観察・測定を行う。
【0066】
<多孔性樹脂粒子5の比表面積の測定方法>
多孔性樹脂粒子5の比表面積の測定は比表面積計(商品名:「Autosorb−1」、QUANTACHROME製)を使用し、JIS Z8830の比表面積の測定方法に準じて算出する。なお、測定サンプルは約0.1gとし、セル中に秤量し、温度40℃、真空度1.0×10-3mmHgで、12時間以上脱気処理を行う。その後、液体窒素により冷却した状態で窒素ガスを吸着し多点法により値を求める。なお、多孔性樹脂粒子5のサンプリングは多孔性樹脂粒子が付着した現像ローラ1Pから直接採取することによって行うことができる。また、1本の多孔性樹脂粒子が付着した現像ローラ1Pで採取量が少ない時には、複数本の多孔性樹脂粒子が付着した現像ローラ1Pから採取することができる。
【0067】
<多孔性樹脂粒子5の圧縮強度の測定方法>
本発明における多孔性樹脂粒子5の圧縮硬度は以下のように測定する。測定環境は室温23℃相対湿度55%の環境で行い、測定の24時間前から同環境で放置しておく。多孔性樹脂粒子5の粒子直径d(mm)を超微小硬度測定装置(商品名:「ENT−1100」、(株)エリオニクス製)に装着されたデジタルマイクロスコープで測定する。次に、前記超微小硬度測定装置に先端が20μm角の平面の圧子を取り付け、毎秒0.001N荷重を加算して加える。荷重をかけた方向の粒子直径が直径d(mm)より10%減ずるまで圧縮し、この時に平面圧子に加えられた荷重P(N)を測定する。平面圧子に加えられた荷重P(N)を下記式1に代入し、多孔性樹脂粒子5の10%圧縮硬度E(MPa)を求める。
E=2.8P/πd2 (MPa) (式1)。
【0068】
<多孔性樹脂粒子5の相加平均円形度の測定方法>
フロー式粒子像測定装置「FPIA−2100型」(商品名、シスメックス社製)を用いて、1000個以上の多孔性樹脂粒子5を測定し、測定された粒子の各々の円形度を下記式2により求める。
円形度a=L0/L (式2)
(式2中、L0は粒子像と同じ投影面積を持つ円の周囲長を示し、Lは512×512の画像処理解像度(0.3μm×0.3μmの画素)で画像処理した時の粒子像の周囲長を示す)。
【0069】
<多孔性樹脂粒子5の樹脂層表面に対する付着量の測定方法>
10mm×10mmの粘着テープ(商品名:「スコッチメンディングテープ」(住友スリーエム(株)製)を使用して、現像ローラ表面の任意の10mm×10mmの多孔性樹脂粒子5をすべて剥がしとる。多孔性樹脂粒子5が多量に付着し、一度に剥がしとれない場合には、新たに粘着テープを用意し、同様の操作を繰り返すことにより多孔性樹脂粒子5をすべて剥がしとる。なお、この操作は合計3回までとする。このようにして剥がしとった多孔性樹脂粒子5の重量を測定し、重量と面積(10mm×10mm)の比から単位面積あたりに付着する多孔性樹脂粒子5の重量を算出する。また、測定は多孔性樹脂粒子が付着した現像ローラ1P表面の任意の場所10点について行い、その相加平均値を付着量の値とする。
【実施例】
【0070】
以下に、本発明に係る多孔性樹脂粒子が付着した現像ローラ、電子写真用プロセスカートリッジ、電子写真用画像形成装置を具体的に詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれらに限定されるものではない。
【0071】
〔多孔性樹脂粒子の作製〕
[多孔性樹脂粒子1の作製]
(油層材料)
アクリル酸n−ブチル 30質量部
ジエチレングリコールジメタクリレート 20質量部
n−ヘキサン 50質量部
過酸化ベンゾイル 0.3質量部
(水層材料)
イオン交換水 350質量部
リン酸カルシウム 6質量部
ラウリル硫酸ナトリウム 0.03質量部
上記油層材料及び水層材料を混合し、この混合溶液を高速撹拌機(商品名:「T.K.ホモミクサー」、特殊機化工業(株)製)を用いて、撹拌回転数4000rpmで10分間、撹拌・造粒を行った。その後、パドル撹拌翼にて撹拌しつつ、温度を65℃に昇温させ、7時間懸濁重合させた。重合終了後、懸濁液を温度23℃まで冷却し、塩酸を加えて分散剤のリン酸カルシウムを溶解し、ろ過、水洗、乾燥して多孔性樹脂粒子1を作製した。
【0072】
[多孔性樹脂粒子2〜10の作製]
多孔性樹脂粒子1の作製において、材料、高速撹拌機の撹拌回転数を表1の条件にした以外は同様の方法で多孔性樹脂粒子2〜10を作製した。
【0073】
[多孔性樹脂粒子11の作製]
アクリル酸n−ブチル 30質量部
ジエチレングリコールジメタクリレート 20質量部
n−ヘキサン 50質量部
上記材料を混合した溶液を調製した。これを、非イオン性界面活性剤(商品名:「ノニポール400」、三洋化成工業(株)製)1.5質量部及びアニオン性界面活性剤(商品名:「ネオゲンSC」、第一工業製薬(株)製)2.5質量部をイオン交換水200質量部に溶解したものに分散・乳化した。これにより、単量体乳化液を得た。これに過硫酸アンモニウム1質量部を溶解したイオン交換水20質量部を10分ゆっくりと混合しながら投入し、窒素置換を行った後、撹拌しながら内容物が温度70℃になるまで加熱し、5時間乳化重合を行った。こうして、一次樹脂粒子分散液を得た。次に、上記一次樹脂粒子分散液200質量部に、凝集剤としてポリ塩化アルミニウムの濃度10質量%硝酸水溶液2質量部を添加した。高速撹拌機(商品名:「T.K.ホモミクサー」、特殊機化工業(株)製)を用いて、撹拌回転数4000rpmで10分間撹拌し、二次粒子造粒を行った。その後、パドル撹拌翼にて撹拌しつつ、温度を55℃に昇温させ、1時間重合させた。その後、0.5モル/リットルの水酸化ナトリウム水溶液で系内のpHを6.0に調整した後、撹拌を継続しながら温度95℃まで加熱した。95℃までの昇温の間、通常の場合、系内のpHは5.0以下まで低下するが、ここでは水酸化ナトリウム水溶液を追加滴下し、pHが5.5以下とならないように保持した。反応終了後、冷却し、ろ過、水洗、乾燥して多孔性樹脂粒子11を作製した。
【0074】
[多孔性樹脂粒子12の作製]
ポリアミド6(分子量1300、宇部興産(株)製)をm−クレゾールに溶解し、濃度1.0質量%のポリアミド6のm−クレゾール溶液12.5質量部とした。更に、メタノール75質量部と水12.5質量部の混合液を上記ポリアミド6のm−クレゾール溶液に、マグネティックスターラーで撹拌しながら添加した。その後、2分間、温度23℃で撹拌した。撹拌後、温度23℃で24時間静置して、ポリアミド粒子を析出させた。この粒子を、ろ過、洗浄することにより多孔性樹脂粒子12を作製した。
【0075】
[非多孔性樹脂粒子H1の作製]
多孔性樹脂粒子1の作製において、材料、高速撹拌機の撹拌回転数を表1の条件にした以外は同様の方法で非多孔性樹脂粒子H1を作製した。
【0076】
(現像ローラの作製)
外径8mm、長さ280mm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(株)製)を塗布し、内径16mmの円筒状金型内に同心となるように設置した。弾性層として液状シリコーンゴム材料(商品名:「SE6724A/B」、東レ・ダウコーニング(株)製)100.0質量部に対し、以下の材料を混合し、付加型シリコーンゴム組成物を調製した。カーボンブラック(商品名:「トーカブラック#7360SB」、東海カーボン(株)製)を35.0質量部、耐熱性付与剤としてシリカ粉体を0.2質量部、及び白金触媒を0.1質量部。該付加型シリコーンゴム組成物を金型内に注入した。温度130℃で20分加熱成型した後、金型を温度50℃まで冷却し、軸芯体と一体となった弾性層を金型から取り出した。次に軸芯体と一体となった弾性層を、温度200℃で2時間加熱し硬化反応を完結させ、厚み4mmの弾性層を軸芯体上に形成した。
【0077】
ポリテトラメチレングリコール(商品名:「PolyTHF」、BASF製)100質量部にイソシアネート(商品名:「ミリオネートMT」(MDI)、日本ポリウレタン工業(株)製)14.0質量部をメチルエチルケトン(MEK)溶媒中で混合した。窒素雰囲気下温度80℃にて3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。
【0078】
上記ポリウレタンポリオールプレポリマー100質量部とイソシアネート(商品名:「コロネート2521」(ウレタン変性MDI)、日本ポリウレタン(株)製)41.8質量部を加えて、[NCO]/[OH]の値が1.1となるようにした。さらに、カーボンブラック(商品名:「MA100」、三菱化学(株)製)を適量添加して抵抗値を調整した。上記原料混合液に有機溶剤を加え固形分25質量%に調整したものにポリウレタン樹脂粒子(商品名:「アートパールC800透明(φ8μm)」、根上工業(株)製)を15質量部加え、ボールミルで撹拌分散したものを樹脂層の原料液とした。
【0079】
得られた樹脂層の原料液を先に成型した弾性層の外周にディッピングにより膜厚8.5μmとなるように塗布し、温度80℃のオーブンで15分乾燥後、温度140℃のオーブンで2時間硬化し、現像ローラを作製した。
【0080】
前記現像ローラについて、樹脂層の表面の中心線平均表面粗さを測定した結果、1.25μmであった。
【0081】
なお、中心線平均粗さRaは、表面粗さ計(商品名:「サーフコーダーSE−3400」、(株)小坂研究所製)を用いて、JIS B0601:1994に準じて求めた値とした。具体的な測定条件としては、半径2μmの触針を用い、押し付け圧0.7mN、測定速度0.3mm/sec、測定倍率5000倍、カットオフ波長0.8mm、測定長さ2.5mmで行い、周方向3点、軸方向3点、合計9点の相加平均で求めた値である。
【0082】
また、上記現像ローラの硬度を、ゴム硬度計(商品名:「マイクロゴム硬度計MD−1」)を用いて測定したところ、32.0ポイントであった。なお、測定にはφ0.16mmの円柱形状の押針を使用した。また、周方向3点、軸方向3点、合計9点の相加平均で求めた値をゴム硬度とした。
【0083】
[実施例1]
(多孔性樹脂粒子の付着)
図6に示す構成を有するキヤノン(株)製「レーザービームプリンタLBP5500用カートリッジ」(商品名)を分解し、現像装置の分離、現像装置内のトナー除去、現像ローラ除去を行った。次に現像装置の現像剤容器内に多孔性樹脂粒子1を充填し、多孔性樹脂粒子付着用改造現像装置を用意した。この改造現像装置に前記作製した現像ローラを装着し、10秒間回転駆動することにより多孔性樹脂粒子1を樹脂層表面に付着させ、多孔性樹脂粒子が付着した現像ローラを作製した。その際、現像ローラの回転駆動速度は120rpmとした。この際、改造現像装置内の現像剤供給ローラとしては、芯金上にポリウレタン樹脂の発泡体を有するスポンジローラで、発泡セル数が80個/25mmのものを使用した。また、このスポンジローラの現像ローラに対する侵入量は1.5mmで、回転方向は図4の方向、回転速度は現像ローラの64%に設定した。先に規定した方法により、各物性の測定を行った。結果を表2に示す。
【0084】
次に、前記多孔性樹脂粒子が付着した現像ローラを用いて温度32℃湿度85%RHの高温高湿(H/Hと略する)下、及び温度23℃湿度55%RHの常温常湿(N/Nと略する)下における画像評価を行った。評価は以下の方法で行った。結果を表2に示す。
【0085】
<<画像評価>>
前記多孔性樹脂粒子が付着した現像ローラをキヤノン(株)製「レーザービームプリンタLBP5500用シアンカートリッジ」(商品名)に装填し、H/H、N/Nの両環境において24時間放置した。その後、それぞれ両環境において前記カートリッジを「LBP5500」(商品名、キヤノン(株)製)本体に装填し、現像剤又は多孔性樹脂粒子の固着に起因する画像不良の評価を行った。画像評価は、17枚/分の速度でハーフトーン画像を30枚出力し、1〜30枚目の画像に対して、以下の基準により行った。結果を表2に示す。
A:現像剤又は多孔性樹脂粒子の固着跡に起因する画像不良が認められない。
B:5枚目までは現像剤又は多孔性樹脂粒子の固着跡に起因する画像不良が認められるが、その後は認められない。
C:10枚目までは現像剤又は多孔性樹脂粒子の固着跡に起因する画像不良が認められるが、その後は認められない。
D:15枚目までは現像剤又は多孔性樹脂粒子の固着跡に起因する画像不良が認められるが、その後は認められない。
E:20枚目までは現像剤又は多孔性樹脂粒子の固着跡に起因する画像不良が認められるが、その後は認められない。
【0086】
[実施例2〜5]
多孔性樹脂粒子2〜5を使用した以外は実施例1と同様にして多孔性樹脂粒子が付着した現像ローラを作製した。また実施例1と同様にして物性の測定、画像評価を行った。結果を表2に示す。
【0087】
[比較例1]
非多孔性樹脂粒子H1を使用した以外は実施例1と同様にして樹脂粒子が付着した現像ローラを作製した。また実施例1と同様にして物性の測定、画像評価を行った。出力後のローラを確認すると、トナーの固着が認められた。結果を表2に示す。
【0088】
[比較例2]
実施例1において、多孔性樹脂粒子を用いずに現像ローラをそのまま使用した。また画像評価は実施例1と同様にして行った。その結果、多孔性樹脂粒子を付着しなかったため、起動時の駆動トルクが上昇することにより、トルク変動が生じ、1枚目からバンディング画像が出力され、適正な出力が行えなかった。また、出力後のローラを確認すると、トナーの固着が認められた。
【0089】
上記の結果より、多孔性樹脂粒子を現像ローラに付着させることで、良好な画像が得られることが分かった。
【0090】
[実施例6〜9]
多孔性樹脂粒子6〜9を使用した以外は実施例1と同様にして多孔性樹脂粒子が付着した現像ローラを作製した。また実施例1と同様にして物性の測定、画像評価を行った。結果を表2に示す。上記の結果と実施例1の結果より、多孔性樹脂粒子の圧縮強度を本発明の範囲とすることで、より良好な画像が得られることが分かった。
【0091】
[実施例10〜12]
多孔性樹脂粒子10〜12を使用した以外は実施例1と同様にして多孔性樹脂粒子が付着した現像ローラを作製した。また実施例1と同様にして物性の測定、画像評価を行った。結果を表2に示す。上記の結果より、多孔性樹脂粒子の相加平均円形度を好ましい範囲とすることで、より良好な画像が得られることが分かった。また、多孔性樹脂粒子を多孔性アクリル樹脂粒子とすることで、より良好な画像が得られることが分かった。
【0092】
[実施例13]
多孔性樹脂粒子の付着工程において、付着時間を2秒にした以外は実施例1と同様にして多孔性樹脂粒子が付着した現像ローラを作製した。また実施例1と同様にして物性の測定、画像評価を行った。結果を表2に示す。
【0093】
[実施例14]
多孔性樹脂粒子の付着工程において、付着時間を4秒にした以外は実施例1と同様にして多孔性樹脂粒子が付着した現像ローラを作製した。また実施例1と同様にして物性の測定、画像評価を行った。結果を表2に示す。
【0094】
[実施例15]
多孔性樹脂粒子の付着工程において、付着時間を30秒にした以外は実施例1と同様にして多孔性樹脂粒子が付着した現像ローラを作製した。また実施例1と同様にして物性の測定、画像評価を行った。結果を表2に示す。
【0095】
[実施例16]
多孔性樹脂粒子の付着工程において、付着時間を60秒にした以外は実施例1と同様にして多孔性樹脂粒子が付着した現像ローラを作製した。また実施例1と同様にして物性の測定、画像評価を行った。結果を表2に示す。上記実施例13から16の結果と実施例1の結果より、多孔性樹脂微粒子の付着量を好ましい範囲とすることで、より良好な画像が得られることが分かった。
【0096】
[比較例3]
多孔性樹脂粒子1の代わりに真球状ポリアミドパウダー(商品名:「SP−500」、東レ(株)製)を使用した以外は実施例1と同様にして樹脂粒子が付着した現像ローラを作製した。また実施例1と同様にして物性の測定、画像評価を行った。H/H環境で真球状ポリアミドパウダーの固着による画像弊害が発生した。結果を表2に示す。
【0097】
[比較例4]
多孔性樹脂粒子1の代わりにPTFEパウダー(商品名:「FluonPTFE L150J」、旭硝子(株))を使用した以外は実施例1と同様にして樹脂粒子が付着した現像ローラを作製した。また実施例1と同様にして物性の測定、画像評価を行った。H/H環境でトナー固着による画像弊害が発生した。結果を表2に示す。
【0098】
【表1】

【0099】
【表2】

【0100】
以上の結果から、本発明の多孔性樹脂粒子が付着した現像ローラを用いることにより、高温高湿下においても、他部材との摩擦力を低減し、かつ、現像剤や多孔性樹脂粒子の固着による画像不良を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0101】
【図1】本発明の多孔性樹脂粒子が付着した現像ローラの一例を示す概略側面図である。
【図2】本発明の多孔性樹脂粒子が付着した現像ローラの一例を示す概略側面図である。
【図3】本発明の現像ローラの製造装置の一例を示す概略構成図である。
【図4】本発明の多孔性樹脂粒子の付着方法の一例を示す概略構成図である。
【図5】本発明の電子写真用画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図6】本発明の電子写真用プロセスカートリッジの一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【0102】
1 現像ローラ
1P 多孔性樹脂粒子が付着した現像ローラ
2 軸芯体
3 弾性層
4 樹脂層
5 多孔性樹脂粒子
6 感光体
7 現像剤供給ローラ
8 現像剤容器
9 現像剤量規制部材
10 現像装置
11 レーザー光
12 帯電装置
13 クリーニング装置
14 ブレードバイアス電源
15 現像ローラバイアス電源
16 定着装置
17 駆動ローラ
18 転写ローラ
19 転写バイアス電源
20 テンションローラ
21 転写搬送ベルト
22 従動ローラ
23 記録材
24 給紙ローラ
25 吸着ローラ
26 吸着バイアス電源
27 浸漬槽
28 液送ポンプ
29 撹拌タンク
30 昇降装置
R スポンジローラ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
軸芯体と、該軸芯体の外周に設けられたポリウレタン樹脂を含有する樹脂層とを有し、
該樹脂層の表面に、多孔性樹脂粒子が該表面から脱離可能に付着させられていることを特徴とする現像ローラ。
【請求項2】
前記多孔性樹脂粒子が、個数平均粒径が5〜50μm、かつ、比表面積が2〜100m2/gの多孔性樹脂粒子である請求項1に記載の現像ローラ。
【請求項3】
前記多孔性樹脂粒子の圧縮強度が1.0〜5.0MPaである請求項1または2に記載の現像ローラ。
【請求項4】
前記多孔性樹脂粒子の相加平均円形度が0.96〜1.00である請求項1乃至3の何れか1項に記載の現像ローラ。
【請求項5】
前記多孔性樹脂粒子が多孔性アクリル樹脂粒子である請求項1乃至4の何れか1項に記載の現像ローラ。
【請求項6】
前記多孔性樹脂粒子が0.10〜1.00mg/cm2の密度で前記樹脂層の表面に付着している請求項1乃至5の何れか1項に記載の現像ローラ。
【請求項7】
潜像担持体表面にトナーを供給してトナー像とする現像ローラと、該現像ローラ上のトナーを薄膜に形成し該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とを備えた電子写真用画像形成装置に着脱自在な電子写真用プロセスカートリッジにおいて、
該現像ローラが請求項1乃至6の何れか1項に記載の現像ローラであることを特徴とする電子写真用プロセスカートリッジ。
【請求項8】
潜像担持体表面にトナーを供給してトナー像とする現像ローラと、該現像ローラ上のトナーを薄膜に形成し該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とを備えた電子写真用画像形成装置において、
該現像ローラが請求項1乃至6の何れか1項に記載の現像ローラであることを特徴とする電子写真用画像形成装置。

【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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【図6】
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【公開番号】特開2010−128348(P2010−128348A)
【公開日】平成22年6月10日(2010.6.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−305066(P2008−305066)
【出願日】平成20年11月28日(2008.11.28)
【出願人】(000001007)キヤノン株式会社 (59,756)
【Fターム(参考)】