JP5477745B2 - Charging roll - Google Patents
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Description
本発明は、電子写真式複写機及びプリンター、またはトナージェット式複写機及びプリンターなどの画像形成装置の感光体等に一様な帯電を付与するために使用される帯電ロールに関する。 The present invention relates to a charging roll used for imparting uniform charge to a photoreceptor or the like of an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine and printer, or a toner jet copying machine and printer.
電子写真式複写機及びプリンターなどの画像形成装置等に用いられる帯電ロールとしては、感光体等への非汚染性の他、所定の導電性が要求される。 As a charging roll used in an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine and a printer, predetermined conductivity is required in addition to non-contamination to a photoreceptor.
しかしながら、従来の帯電ロールは、感光体に残留したトナーや外添剤が付着しやすいという問題があった。外添剤等が付着しやすいと、長期間の使用により外添剤等が多量に付着して、抵抗値変化やそのばらつきが生じ、帯電特性が低下してしまう。なお、帯電特性が低下すると、画像形成装置の画像不良を招いてしまう。 However, the conventional charging roll has a problem that toner and external additives remaining on the photosensitive member are likely to adhere. If the external additive or the like tends to adhere, a large amount of the external additive or the like adheres due to long-term use, resulting in a change in resistance value or a variation thereof, and a decrease in charging characteristics. Note that when the charging characteristics are deteriorated, an image defect of the image forming apparatus is caused.
そこで、表面粗さ(Rz;十点平均粗さ)を下げて、表面を平滑にした帯電ロールが提案されている(特許文献1参照)。また、トナー及びその外添剤の付着防止のために導電性被覆部材の表面に3.0μm以下の有機または無機微粒子の層を形成した帯電ロールが提案されている(特許文献2参照)。 Accordingly, a charging roll has been proposed in which the surface roughness (Rz; ten-point average roughness) is lowered to smooth the surface (see Patent Document 1). In addition, there has been proposed a charging roll in which a layer of organic or inorganic fine particles of 3.0 μm or less is formed on the surface of a conductive coating member in order to prevent adhesion of toner and its external additives (see Patent Document 2).
さらに、長期間に亘って使用しても帯電特性を維持できるものが求められている。 Furthermore, what can maintain a charging characteristic even if it uses it for a long period of time is calculated | required.
本発明は、上述した事情に鑑み、帯電特性を長期間に亘って維持できる帯電ロールを提供することを課題とする。 In view of the circumstances described above, an object of the present invention is to provide a charging roll capable of maintaining charging characteristics over a long period of time.
前記課題を解決する本発明の第1の態様は、芯金の外周に少なくとも一層の導電性ゴム弾性層を有する帯電ロールにおいて、前記帯電ロールの表面状態は、当該帯電ロールの軸方向の十点平均粗さRz1、当該帯電ロールの周方向の十点平均粗さRz2、当該帯電ロールの軸方向の凹凸の平均間隔Sm1、当該帯電ロールの周方向の凹凸の平均間隔Sm2としたとき、下記式を満たし、前記帯電ロールのマイクロ硬度は、48〜60°であることを特徴とする帯電ロールにある。
[数1]
1.00<Rz1/Rz2≦2.00
0<Sm1/Sm2≦1.00
Rz1>11μm
According to a first aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems, in the charging roll having at least one conductive rubber elastic layer on the outer periphery of the core metal, the surface state of the charging roll is ten points in the axial direction of the charging roll. The average roughness Rz 1 , the ten-point average roughness Rz 2 in the circumferential direction of the charging roll, the average interval Sm 1 of the irregularities in the axial direction of the charging roll, and the average interval Sm 2 of the irregularities in the circumferential direction of the charging roll When the charging roll satisfies the following formula, the micro hardness of the charging roll is 48 to 60 °.
[Equation 1]
1.00 <Rz 1 / Rz 2 ≦ 2.00
0 <Sm 1 / Sm 2 ≦ 1.00
Rz 1 > 11 μm
本発明の第2の態様は、第1の態様に記載の帯電ロールにおいて、下記式を満たすことを特徴とする帯電ロールにある。
[数2]
Rz1<34μm
50μm<Sm1<130μm
According to a second aspect of the present invention, there is provided a charging roll according to the first aspect, wherein the following formula is satisfied.
[Equation 2]
Rz 1 <34 μm
50 μm <Sm 1 <130 μm
本発明の第3の態様は、第1又は2の態様に記載の帯電ロールにおいて、前記導電性ゴム弾性層の表層部にはイソシアネート化合物を含む表面処理液により表面処理された表面処理層が設けられていることを特徴とする帯電ロールにある。 According to a third aspect of the present invention, in the charging roll according to the first or second aspect, a surface treatment layer surface-treated with a surface treatment liquid containing an isocyanate compound is provided on a surface layer portion of the conductive rubber elastic layer. It is in the charging roll characterized by being characterized.
本発明の第4の態様は、第1〜3のいずれか一つの態様に記載の帯電ロールにおいて、前記導電性ゴム弾性層の表面は、耐水研磨ペーパによる湿式研磨により形成されていることを特徴とする帯電ロールにある。 According to a fourth aspect of the present invention, in the charging roll according to any one of the first to third aspects, the surface of the conductive rubber elastic layer is formed by wet polishing with water-resistant polishing paper. It is in the charging roll.
本発明の帯電ロールは、軸方向の表面粗さを周方向の表面粗さより大きく且つ所定の値よりも大きくし、軸方向の凹凸の平均間隔を周方向の凹凸の平均間隔以下とすると共に、所定の硬度とすることにより、凹部にトナーや外添剤が捕捉され難く、帯電特性を長期間に亘って維持できるという効果を奏する。 In the charging roll of the present invention, the axial surface roughness is larger than the circumferential surface roughness and larger than a predetermined value, and the average interval between the axial irregularities is equal to or less than the average interval between the circumferential irregularities. By setting the hardness to a predetermined value, it is difficult for toner and external additives to be captured in the recesses, and the charging characteristics can be maintained over a long period of time.
本発明の帯電ロールは、従来の帯電ロールのように表面全体の粗さを小さくするのではなく、軸方向の表面粗さを周方向の表面粗さより大きく且つ所定の値よりも大きくし、軸方向の凹凸の平均間隔を周方向の凹凸の平均間隔以下とすると共に、所定の硬度とすることにより、凹部にトナーや外添剤が捕捉され難く、帯電特性を長期間に亘って維持するというものである。 The charging roll of the present invention does not reduce the roughness of the entire surface as in the conventional charging roll, but the axial surface roughness is larger than the circumferential surface roughness and larger than a predetermined value. By setting the average interval of the unevenness in the direction to be equal to or less than the average interval of the unevenness in the circumferential direction and having a predetermined hardness, it is difficult for toner and external additives to be captured in the recess, and the charging characteristics are maintained for a long period of time. Is.
本発明の帯電ロールは、所定の導電性を有するゴム弾性体からなるものであれば、特に限定されず、1層からなっても2層以上でもよい。また、最表面にコーティング層を設けてあってもよく、最上層に表面処理層を設けてあってもよい。何れにしても、ロールの表面が、軸方向の表面粗さと周方向の粗さの関係、軸方向の凹凸の平均間隔と周方向の凹凸の平均間隔の関係、及び軸方向の粗さが所定の条件を満たす状態となっており、ロールのマイクロ硬度は、48〜60°である。ロールの表面は、具体的には、帯電ロールの軸方向の十点平均粗さRz1、帯電ロールの周方向の十点平均粗さRz2、帯電ロールの軸方向の凹凸の平均間隔Sm1、当該帯電ロールの周方向の凹凸の平均間隔Sm2としたとき、下記式を満たすものである。
[数3]
1.00<Rz1/Rz2≦2.00
0<Sm1/Sm2≦1.00
Rz1>11μm
The charging roll of the present invention is not particularly limited as long as it is made of a rubber elastic body having a predetermined conductivity, and may be composed of one layer or two or more layers. Moreover, the coating layer may be provided in the outermost surface and the surface treatment layer may be provided in the uppermost layer. In any case, the roll surface has a predetermined relationship between the surface roughness in the axial direction and the roughness in the circumferential direction, the relationship between the average interval between the unevenness in the axial direction and the average interval between the unevenness in the circumferential direction, and the roughness in the axial direction. The microhardness of the roll is 48 to 60 °. Specifically, the surface of the roll has a ten-point average roughness Rz 1 in the axial direction of the charging roll, a ten-point average roughness Rz 2 in the circumferential direction of the charging roll, and an average interval Sm 1 of the unevenness in the axial direction of the charging roll. When the average interval Sm 2 between the irregularities in the circumferential direction of the charging roll is satisfied, the following formula is satisfied.
[Equation 3]
1.00 <Rz 1 / Rz 2 ≦ 2.00
0 <Sm 1 / Sm 2 ≦ 1.00
Rz 1 > 11 μm
このような表面状態とすることにより、良好な摩擦係数と十分な帯電特性を維持したまま、トナーや外添剤が凹部にトラップされるのを抑制することができる。すなわち、帯電特性を低下させることなく、トナーや外添剤が付着するのを抑制して帯電特性を長期間に亘って維持することができる。 By adopting such a surface state, it is possible to prevent the toner and the external additive from being trapped in the concave portion while maintaining a good friction coefficient and sufficient charging characteristics. In other words, the charging characteristics can be maintained for a long period of time by preventing the toner and external additives from adhering without degrading the charging characteristics.
本発明の帯電ロールのマイクロ硬度は、48〜60°である。帯電ロールのマイクロ硬度がこの範囲となることにより、画像形成の際に良好な画像を得るものとなる。帯電ロールのマイクロ硬度が48°未満となると、凸部が潰れて汚れやすく、画像不良が発生する。一方、マイクロ硬度が60°より大きくなると、表面の凸部が画像に現れてしまう。 The micro hardness of the charging roll of the present invention is 48 to 60 °. When the microhardness of the charging roll falls within this range, a good image can be obtained during image formation. When the micro hardness of the charging roll is less than 48 °, the convex portion is crushed and easily contaminated, and an image defect occurs. On the other hand, when the micro hardness is larger than 60 °, a convex portion on the surface appears in the image.
また、軸方向の十点平均粗さRz1、周方向の十点平均粗さRz2、軸方向の凹凸の平均間隔Sm1が下記式を満たすものであるのが好ましい。
[数4]
Rz1<34μm
50μm<Sm1<130μm
Moreover, ten-point average roughness Rz 1 of the axial, circumferential direction of the ten-point average roughness Rz 2, the average interval Sm 1 in the axial direction of the irregularities preferably satisfies the following formula.
[Equation 4]
Rz 1 <34 μm
50 μm <Sm 1 <130 μm
帯電ロールの表面状態が上述した範囲となることにより、帯電特性を良好に維持しつつ、トナーや外添剤が付着するのを抑制することができる。Rz1が34μm以上となると、十分な帯電特性が得られなくなってしまう虞がある。 When the surface state of the charging roll is in the above-described range, it is possible to suppress adhesion of toner and external additives while maintaining good charging characteristics. When Rz 1 is 34 μm or more, there is a possibility that sufficient charging characteristics cannot be obtained.
また、帯電ロールは、さらに好ましくは、下記式を満たすものである。
[数5]
13.7μm≦Rz1≦27.6μm
53.0μm≦Sm1≦123.5μm
The charging roll more preferably satisfies the following formula.
[Equation 5]
13.7 μm ≦ Rz 1 ≦ 27.6 μm
53.0 μm ≦ Sm 1 ≦ 123.5 μm
これにより、優れた帯電特性を維持しつつ、トナーや外添剤が付着するのを抑制することができ、帯電特性を長期間に亘って維持することができる。 Accordingly, it is possible to suppress adhesion of toner and external additives while maintaining excellent charging characteristics, and it is possible to maintain charging characteristics for a long period of time.
ここで、本発明の帯電ロールについて、図を用いて説明する。図1は、本発明にかかる帯電ロールのイメージを表す概略斜視図である。図1に示すように、帯電ロール1は、シャフト2上に導電性ゴム弾性層3が設けられている。この導電性ゴム弾性層3の外周面は、周方向に長い所定幅の凸部4が断続的に設けられることにより、周方向に沿って延びる所定幅の凹部が形成されている。すなわち、凹凸部を構成する凹部は、間隔をもって配置される周方向に長い凸部4と凸部4の間に形成される長溝により構成される。上述した式[数3]は、このように周方向に沿って延びる所定幅の溝が設けられている状態を示している。ここで、上記のRz1/Rz2>1.00は、周方向に沿って延びる所定幅の溝が設けられていることを示しており、0<Sm1/Sm2≦1.00は、軸方向に沿って延びる所定幅の溝が周方向に沿って延びる所定幅の溝より小さいことを示している。本願発明の帯電ロールは、周方向に沿って延びる所定幅の凹部が設けられているものであり、周方向の凹凸の平均間隔は、測定部分によって大きく異なってしまうのに対し、軸方向の凹凸の平均間隔Sm1は測定部分によって大きく左右されることがない。なお、ここでいう「周方向に沿って」とは、軸方向に対して、例えば、45°〜135°程度の角度のものを指している。かかる溝は、周方向に亘って形成されている必要はなく、ある程度の長さで切れていてもよく、溝と溝とが交差するように設けられているのが好ましい。周方向に沿って延びる溝を設けることにより、トナー等がすり抜けて、帯電ロール表面に付着し難くなる。また、凹部にトナーが付着したとしても、感光体等との接触部分において、トナー等の付着部分の相対的な面積が小さいため、感光体等に一様な帯電を付与することができる。なお、Rz1/Rz2が1未満となると、軸方向に沿って延びる所定幅の溝が設けられている状態となり、長期間に亘って使用すると、凹部にトナー等が多量に付着して、帯電特性が低下したり、画像形成の際に画像に横筋が発生したりしてしまう。一方、Rz1/Rz2が2より大きくなると、画像形成の際に凹凸が大きくなりすぎることにより放電バラツキが生じて、画像不良が発生したりしてしまう。また、Rz1が11μm以下になると、十分な効果が得られずトナー等が付着しやすくなってしまう。 Here, the charging roll of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic perspective view showing an image of a charging roll according to the present invention. As shown in FIG. 1, the charging roll 1 is provided with a conductive rubber elastic layer 3 on a shaft 2. On the outer peripheral surface of the conductive rubber elastic layer 3, concave portions having a predetermined width extending along the circumferential direction are formed by intermittently providing convex portions 4 having a predetermined width that are long in the circumferential direction. That is, the concave portion constituting the concavo-convex portion is constituted by a long groove formed between the convex portion 4 and the convex portion 4 which are long in the circumferential direction and are arranged at intervals. Formula [Equation 3] described above shows a state in which a groove having a predetermined width extending along the circumferential direction is provided. Here, the above Rz 1 / Rz 2 > 1.00 indicates that a groove having a predetermined width extending along the circumferential direction is provided, and 0 <Sm 1 / Sm 2 ≦ 1.00, It shows that the groove having a predetermined width extending along the axial direction is smaller than the groove having a predetermined width extending along the circumferential direction. The charging roll of the present invention is provided with a concave portion having a predetermined width extending along the circumferential direction, and the average interval between the concave and convex portions in the circumferential direction varies greatly depending on the measurement portion, whereas the concave and convex portions in the axial direction are The average interval Sm 1 is not greatly influenced by the measurement part. Here, “along the circumferential direction” indicates an angle of, for example, about 45 ° to 135 ° with respect to the axial direction. Such a groove does not need to be formed in the circumferential direction, may be cut to a certain length, and is preferably provided so that the groove intersects. By providing the groove extending along the circumferential direction, the toner or the like slips through and becomes difficult to adhere to the surface of the charging roll. Even if the toner adheres to the concave portion, since the relative area of the adhesion portion of the toner or the like is small at the contact portion with the photoreceptor or the like, uniform charging can be imparted to the photoreceptor or the like. When Rz 1 / Rz 2 is less than 1, a groove having a predetermined width extending along the axial direction is provided, and when used over a long period of time, a large amount of toner or the like adheres to the recess, Charging characteristics are deteriorated, and horizontal stripes are generated in the image during image formation. On the other hand, if Rz 1 / Rz 2 is larger than 2, unevenness becomes too large during image formation, resulting in discharge variation and image defects. On the other hand, when Rz 1 is 11 μm or less, sufficient effects cannot be obtained, and toner or the like is likely to adhere.
また、上記[数3]〜[数5]では、軸方向の十点平均粗さRz1及び軸方向の凹凸の平均間隔Sm1を規定することにより、軸方向の凸部の高さや軸方向の凸部の幅等を規定している。 Further, in the above [Equation 3] to [Expression 5], by defining the average interval Sm 1 in the axial direction of the ten-point average roughness Rz 1 and axial irregularities, the height and the axial direction of the convex portion in the axial direction This defines the width of the convex portion.
このような表面状態を形成するには、例えば、ロールを研磨する際に、耐水研磨ペーパによる湿式研磨を施すのが好ましい。このとき、軸方向の表面粗さが周方向の表面粗さよりも大きくなるように研磨する。 In order to form such a surface state, for example, when polishing a roll, it is preferable to perform wet polishing with water-resistant polishing paper. At this time, polishing is performed so that the surface roughness in the axial direction is larger than the surface roughness in the circumferential direction.
ここで、湿式研磨は、耐水研磨ペーパ、例えば、耐水性のサンドペーパを用い、これに研磨液を供給しながらロールを回転させた状態で当接させることにより、研磨する。具体的には、図2に示すように、耐水研磨ペーパ11を巻き出しロール12から受けロール13に巻きかけて巻き取りロール14へ巻き取りながら、耐水研磨ペーパ11上へ研磨液15を供給し、受けロール13に対向させて配置した帯電ロール1を回転させた状態で耐水研磨ペーパ11へ当接させる。この状態で帯電ロール1を軸方向へ移動させながら研磨することにより、上述した表面状態が得られる。すなわち、周方向に延びる所定の凹凸を設け、軸方向の表面粗さを周方向の表面粗さより大きくし、軸方向の凹凸の平均間隔を周方向の凹凸の平均間隔以下とする。 Here, the wet polishing is performed by using a water-resistant polishing paper, for example, water-resistant sand paper, and bringing the polishing liquid into contact with the roll while rotating the roll. Specifically, as shown in FIG. 2, the polishing liquid 15 is supplied onto the water-resistant polishing paper 11 while the water-resistant polishing paper 11 is wound around the winding roll 14 from the unwinding roll 12 to the receiving roll 13. Then, the charging roll 1 disposed so as to face the receiving roll 13 is brought into contact with the water-resistant polishing paper 11 while being rotated. By polishing in this state while moving the charging roll 1 in the axial direction, the above-described surface state can be obtained. That is, predetermined unevenness extending in the circumferential direction is provided, the axial surface roughness is made larger than the circumferential surface roughness, and the average interval of the axial unevenness is set to be equal to or less than the average interval of the unevenness in the circumferential direction.
また、必要に応じて、耐水ペーパによる湿式研磨を施す前に研磨砥石による乾式研磨を行っても良い。乾式研磨は、具体的には、例えば、ロールを回転させた状態で、回転砥石を当接させながら軸方向に亘って移動させることにより行う。 In addition, if necessary, dry polishing with a polishing grindstone may be performed before wet polishing with water-resistant paper. Specifically, the dry polishing is performed, for example, by moving the roll grindstone in the axial direction while contacting the rotating grindstone with the roll rotated.
ここで、本発明の導電性ゴム弾性層は、ゴム基材に導電性付与材を添加して成形・加硫したものである。ゴム基材としては、ポリウレタン、エピクロルヒドリンゴム、ニトリルゴム(NBR)、スチレンゴム(SBR)、クロロプレンゴム等を挙げることができる。ポリウレタンとしては、特に、エーテル系又はエステル系ポリオールとイソシアネートとを反応して得られるポリウレタンが好ましく、特にエーテル系ポリウレタンを用いるのが好ましい。エーテル系ポリウレタンは、エーテル系ポリオールを主体とするポリオールとポリイソシアネートとを反応することにより得られる、いわゆる注型タイプのポリウレタンが好ましい。これは圧縮永久ひずみを小さくするためである。 Here, the conductive rubber elastic layer of the present invention is formed by adding a conductivity-imparting material to a rubber base material and molding and vulcanizing it. Examples of the rubber substrate include polyurethane, epichlorohydrin rubber, nitrile rubber (NBR), styrene rubber (SBR), chloroprene rubber and the like. As the polyurethane, a polyurethane obtained by reacting an ether-based or ester-based polyol with an isocyanate is particularly preferable, and an ether-based polyurethane is particularly preferable. The ether type polyurethane is preferably a so-called cast type polyurethane obtained by reacting a polyol mainly composed of an ether type polyol with a polyisocyanate. This is to reduce the compression set.
一方、ポリオールと反応させるイソシアネートとしては、例えば、2,4−トルエンジイソシアネート(TDI)、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、パラフェニレンジイソシアネート(PPDI)、1,5−ナフタレンジイソシアネート(NDI)、3,3−ジメチルジフェニル−4,4′−ジイソシアネート(TODI)、及びこれらのイソシアネートを両末端に有するプレポリマー等の変性体や多量体などを挙げることができる。 On the other hand, as the isocyanate to be reacted with the polyol, for example, 2,4-toluene diisocyanate (TDI), 4,4′-diphenylmethane diisocyanate (MDI), paraphenylene diisocyanate (PPDI), 1,5-naphthalene diisocyanate (NDI), Examples include 3,3-dimethyldiphenyl-4,4′-diisocyanate (TODI), and modified products and multimers such as prepolymers having these isocyanates at both ends.
また、導電性付与材としては、カーボンブラック、金属粉などの電子導電性付与材や、イオン導電付与材、又はこれらの両者を混合して用いることができる。イオン導電付与材としては、有機塩類、無機塩類、金属錯体、イオン性液体等が挙げられる。有機塩類、無機塩類としては、過塩素酸リチウム、4級アンモニウム塩、三フッ化酢酸ナトリウムなどが挙げられる。また、金属錯体としては、ハロゲン化第二鉄−エチレングリコールなどを挙げることができ、具体的には、特許第3655364号公報に記載されたものを挙げることができる。一方、イオン性液体は、室温で液体である溶融塩であり、常温溶融塩とも呼ばれるものであり、特に、融点が70℃以下、好ましくは30℃以下のものをいう。具体的には、特開2003−202722号公報に記載されたものを挙げることができる。 Further, as the conductivity imparting material, an electron conductivity imparting material such as carbon black or metal powder, an ionic conductivity imparting material, or a mixture of both can be used. Examples of the ionic conductivity-imparting material include organic salts, inorganic salts, metal complexes, ionic liquids, and the like. Examples of organic salts and inorganic salts include lithium perchlorate, quaternary ammonium salts, and sodium trifluoride acetate. Moreover, as a metal complex, halogenated ferric-ethylene glycol etc. can be mentioned, Specifically, what was described in the patent 3655364 can be mentioned. On the other hand, the ionic liquid is a molten salt that is liquid at room temperature, and is also called a room temperature molten salt, and particularly refers to a melting point of 70 ° C. or lower, preferably 30 ° C. or lower. Specific examples include those described in JP-A No. 2003-202722.
また、本発明の帯電ロールは、研磨した後、表面処理層やコーティング層を設けてもよいが、表面状態を維持し且つ所定の摩擦係数及び帯電特性を有するように表面処理を施すのが好ましい。表面処理を行うことにより、ロールの軸方向の凹凸の山数が増加する傾向になるが、いずれにしても最終的な表面状態が上述した状態となるようにする。 The charging roll of the present invention may be provided with a surface treatment layer or a coating layer after being polished, but it is preferable to perform a surface treatment so as to maintain the surface state and have a predetermined friction coefficient and charging characteristics. . By performing the surface treatment, the number of crests in the axial direction of the roll tends to increase. In any case, the final surface state is set to the state described above.
表面処理層は、導電性ゴム弾性層を表面処理液に浸漬させる又は表面処理液をスプレー塗布などにより塗布し、乾燥硬化させることにより形成することができ、表面処理液は導電性ゴム弾性層の表層部に含浸されて表面処理層となる。 The surface treatment layer can be formed by immersing the conductive rubber elastic layer in the surface treatment liquid or by applying the surface treatment liquid by spray coating and drying and curing the surface treatment liquid. The surface layer is impregnated to form a surface treatment layer.
ここで、表面処理液は、有機溶剤に、少なくともイソシアネート成分を溶解させたものである。 Here, the surface treatment liquid is obtained by dissolving at least an isocyanate component in an organic solvent.
表面処理液に含まれるイソシアネート成分としては、2,6−トリレンジイソシアネート(TDI)、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、パラフェニレンジイソシアネート(PPDI)、1,5−ナフタレンジイソシアネート(NDI)及び3,3−ジメチルジフェニル−4,4′−ジイソシアネート(TODI)などのイソシアネート化合物、および前記の多量体および変性体などを挙げることができる。さらに、ポリオールとイソシアネートからなるプレポリマーを挙げることができる。 As the isocyanate component contained in the surface treatment liquid, 2,6-tolylene diisocyanate (TDI), 4,4′-diphenylmethane diisocyanate (MDI), paraphenylene diisocyanate (PPDI), 1,5-naphthalene diisocyanate (NDI) and Mention may be made of isocyanate compounds such as 3,3-dimethyldiphenyl-4,4'-diisocyanate (TODI), and the aforementioned multimers and modified products. Furthermore, the prepolymer which consists of a polyol and isocyanate can be mentioned.
また、表面処理液には、ポリエーテル系ポリマーを含有させてもよい。ここで、ポリエーテル系ポリマーは、有機溶剤に可溶であるのが好ましく、また、活性水素を有して、イソシアネート化合物と反応して化学的に結合可能なものが好ましい。 Further, the surface treatment liquid may contain a polyether polymer. Here, the polyether polymer is preferably soluble in an organic solvent, and preferably has active hydrogen and can be chemically bonded by reacting with an isocyanate compound.
活性水素を有する好適なポリエーテル系ポリマーとしては、例えば、エピクロルヒドリンゴムが挙げられる。ここでいうエピクロルヒドリンゴムは未加硫状態のものを指す。エピクロルヒドリンゴムは、表面処理層に導電性と共に弾性を付与することができるため好ましい。なお、エピクロルヒドリンゴムは、末端に活性水素(水酸基)を有しているが、ユニットに水酸基、アリル基などの活性水素を有しているものも好ましい。なお、エピクロルヒドリンゴムとしては、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、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やその誘導体などを挙げることができる。 Examples of suitable polyether polymers having active hydrogen include epichlorohydrin rubber. The epichlorohydrin rubber here refers to an unvulcanized state. Epichlorohydrin rubber is preferable because it can impart elasticity to the surface treatment layer as well as conductivity. The epichlorohydrin rubber has an active hydrogen (hydroxyl group) at the terminal, but preferably has a unit having an active hydrogen such as a hydroxyl group or an allyl group. Examples of the epichlorohydrin rubber include an epichlorohydrin homopolymer, an epichlorohydrin-ethylene oxide copolymer, an epichlorohydrin-allyl glycidyl ether copolymer, an epichlorohydrin-ethylene oxide-allyl glycidyl ether terpolymer and a derivative thereof. it can.
活性水素を有する他の好適なポリエーテル系ポリマーとしては、水酸基又はアリル基を有するポリマーが挙げられ、例えば、ポリオール、グリコール等が挙げられる。このようなポリエーテル系ポリマーは活性水素を有する基を両末端に備えたものよりも片末端にのみ備えたものが好ましい。また、数平均分子量が300〜1000であることが好ましい。表面処理層に弾性を付与することができるためである。このようなポリエーテル系ポリマーとしては、例えば、ポリアルキレングリコールモノメチルエーテル、ポリアルキレングリコールジメチルエーテル、アリル化ポリエーテル、ポリアルキレングリコールジオール、ポリアルキレングリコールトリオール等を挙げることができる。 Examples of other suitable polyether polymers having active hydrogen include polymers having a hydroxyl group or an allyl group, such as polyols and glycols. Such a polyether polymer preferably has only one terminal rather than one having active hydrogen groups at both terminals. Moreover, it is preferable that a number average molecular weight is 300-1000. This is because elasticity can be imparted to the surface treatment layer. Examples of such polyether polymers include polyalkylene glycol monomethyl ether, polyalkylene glycol dimethyl ether, allylated polyether, polyalkylene glycol diol, polyalkylene glycol triol, and the like.
このように表面処理液にポリエーテル系ポリマーを添加することで、表面処理層の柔軟性や強度が向上し、その結果、所望のロールの表面が磨耗したり、当接する感光体等の表面を傷つけたりする虞がなくなる。 By adding a polyether-based polymer to the surface treatment liquid in this way, the flexibility and strength of the surface treatment layer are improved, and as a result, the surface of a desired roll is worn or contacted with the surface of a photoreceptor or the like. There is no risk of injury.
また、表面処理液には、アクリルフッ素系ポリマー及びアクリルシリコーン系ポリマーから選択されるポリマーを含有させてもよい。 Further, the surface treatment liquid may contain a polymer selected from an acrylic fluorine polymer and an acrylic silicone polymer.
本発明の表面処理液に用いられるアクリルフッ素系ポリマー及びアクリルシリコーン系ポリマーは、所定の溶剤に可溶でイソシアネート化合物と反応して化学的に結合可能なものである。アクリルフッ素系ポリマーは、例えば、水酸基、アルキル基、又はカルボキシル基を有する溶剤可溶性のフッ素系ポリマーであり、例えば、アクリル酸エステルとアクリル酸フッ化アルキルのブロックコポリマーやその誘導体等を挙げることができる。また、アクリルシリコーン系ポリマーは、溶剤可溶性のシリコーン系ポリマーであり、例えば、アクリル酸エステルとアクリル酸シロキサンエステルのブロックコポリマーやその誘導体等を挙げることができる。 The acrylic fluorine-based polymer and acrylic silicone-based polymer used in the surface treatment liquid of the present invention are soluble in a predetermined solvent and can be chemically bonded by reacting with an isocyanate compound. The acrylic fluorine-based polymer is, for example, a solvent-soluble fluorine-based polymer having a hydroxyl group, an alkyl group, or a carboxyl group, and examples thereof include block copolymers of acrylic acid esters and fluorinated alkyl acrylates and derivatives thereof. . The acrylic silicone polymer is a solvent-soluble silicone polymer, and examples thereof include block copolymers of acrylic acid esters and acrylic acid siloxane esters, and derivatives thereof.
また、表面処理液には、導電性付与材としてさらにアセチレンブラック、ケッチェンブ
ラック、トーカブラック等のカーボンブラックを添加してもよい。
In addition, carbon black such as acetylene black, ketjen black, and talker black may be further added to the surface treatment liquid as a conductivity imparting material.
表面処理液に用いられるカーボンブラックは、イソシアネート成分に対して0〜40質量%であるのが好ましい。多すぎると脱落、物性低下等の問題が生じ好ましくないからである。 The carbon black used for the surface treatment liquid is preferably 0 to 40% by mass with respect to the isocyanate component. If the amount is too large, problems such as dropout and deterioration of physical properties occur, which is not preferable.
また、表面処理液中のアクリルフッ素系ポリマー及びアクリルシリコーン系ポリマーは、イソシアネート成分に対し、アクリルフッ素系ポリマー及びアクリルシリコーン系ポリマーの総量を10〜70質量%となるようにするのが好ましい。10質量%より少ないとカーボンブラック等を表面処理層中に保持する効果が小さくなる。一方、ポリマー量が70質量%より多いと、帯電ロールの電気抵抗値が上昇し放電特性が低下するという問題や、相対的にイソシアネート成分が少なくなって有効な表面処理層が形成できないという問題がある。 Moreover, it is preferable that the acrylic fluorine-based polymer and the acrylic silicone-based polymer in the surface treatment liquid have a total amount of the acrylic fluorine-based polymer and the acrylic silicone-based polymer of 10 to 70% by mass with respect to the isocyanate component. When it is less than 10% by mass, the effect of retaining carbon black or the like in the surface treatment layer is reduced. On the other hand, when the polymer amount is more than 70% by mass, there is a problem that the electrical resistance value of the charging roll is increased and the discharge characteristics are lowered, and there is a problem that an effective surface treatment layer cannot be formed due to relatively less isocyanate component. is there.
さらに、表面処理液は、イソシアネート成分、および必要に応じて含有されるこれらポリエーテル系ポリマー、アクリルフッ素系ポリマー及びアクリルシリコーン系ポリマーを溶解する有機溶剤を含有する。有機溶剤としては特に限定されないが、酢酸エチル、メチルエチルケトン(MEK)、トルエン等の有機溶剤を用いればよい。 Furthermore, the surface treatment liquid contains an isocyanate component and an organic solvent that dissolves the polyether-based polymer, the acrylic fluorine-based polymer, and the acrylic silicone-based polymer that are included as necessary. Although it does not specifically limit as an organic solvent, What is necessary is just to use organic solvents, such as ethyl acetate, methyl ethyl ketone (MEK), and toluene.
上述したように、導電性ゴム弾性層の表層部に表面処理液を含浸・硬化させて表面処理層を設けることで、表面処理層は、導電性ゴム弾性層の表層部に含浸されて一体的に設けられる。このような表面処理層は、主にイソシアネート成分が硬化して形成されたもので、イソシアネート成分の密度が表面から内部に向かって漸次疎になるように一体的に形成される。 As described above, the surface treatment layer is impregnated into the surface layer portion of the conductive rubber elastic layer by impregnating and curing the surface treatment liquid on the surface layer portion of the conductive rubber elastic layer to provide the surface treatment layer. Is provided. Such a surface treatment layer is mainly formed by curing the isocyanate component, and is integrally formed so that the density of the isocyanate component gradually becomes sparse from the surface toward the inside.
ここで、このようにゴム弾性層の表面に、イソシアネートを含む表面処理液により表面処理された表面処理層が設けられる場合には、この表面処理により、所定の表面状態と摩擦係数が得られると共に、電気抵抗値にバラツキが小さくなり、所定の電気抵抗値を有する帯電ロールを得られるようになるという効果も奏する。 Here, when the surface treatment layer surface-treated with the surface treatment liquid containing isocyanate is provided on the surface of the rubber elastic layer as described above, a predetermined surface state and a friction coefficient can be obtained by this surface treatment. Also, there is an effect that the variation in the electric resistance value is reduced, and a charging roll having a predetermined electric resistance value can be obtained.
導電性ゴム弾性層の表面にコート層を設ける場合は、例えば、導電性ゴム弾性層にコーティング剤を塗布し、乾燥硬化させることにより、コート層を成形する。コーティング剤としては、ウレタン、アクリルウレタン、ナイロン、NBR等の周知の材料を用いることができる。なお、コーティング剤を塗布する方法としては、ディップコート法、ロールコート法、スプレーコート法等を用いるのが好適である。 When providing a coat layer on the surface of the conductive rubber elastic layer, for example, the coating layer is formed by applying a coating agent to the conductive rubber elastic layer and drying and curing it. As the coating agent, a known material such as urethane, acrylic urethane, nylon, NBR, or the like can be used. As a method for applying the coating agent, it is preferable to use a dip coating method, a roll coating method, a spray coating method or the like.
以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated based on an Example, this invention is not limited to this.
(サンプル1)
〈ロールの製法〉
エピクロルヒドリンゴム(エピクロマーCG−102;ダイソー社製)100質量部に、導電性付与剤としてトリフルオロ酢酸ナトリウム0.5質量部、亜鉛華3質量部、ステアリン酸2質量部、加硫剤1.5質量部をそれぞれ添加してロールミキサーで混練りし、直径6mmの芯金の表面にプレス成形し、芯金表面に弾性層が形成されたロールを得た。
(Sample 1)
<Roll manufacturing method>
100 parts by mass of epichlorohydrin rubber (Epichromer CG-102; manufactured by Daiso Corporation), 0.5 parts by mass of sodium trifluoroacetate, 3 parts by mass of zinc white, 2 parts by mass of stearic acid, 1.5 parts of vulcanizing agent, as a conductivity-imparting agent Each part by mass was added and kneaded by a roll mixer, and press-molded on the surface of a core metal having a diameter of 6 mm to obtain a roll having an elastic layer formed on the core metal surface.
〈ロール表面の研磨〉
ロールを研磨砥石で研磨し、寸法を合わせた後、図2に示す装置で湿式研磨し、周方向に延びる凹凸を形成し、軸方向の表面粗さを周方向の表面粗さより大きくなるようにした。
<Polishing the roll surface>
After polishing the roll with a grinding wheel and adjusting the dimensions, wet polishing is performed with the apparatus shown in FIG. 2 to form unevenness extending in the circumferential direction so that the axial surface roughness is larger than the circumferential surface roughness. did.
〈表面処理液の調製〉
酢酸エチル100質量部、イソシアネート化合物(MDI)20質量部を、ボールミルを用いて3時間分散混合した。
<Preparation of surface treatment solution>
100 parts by mass of ethyl acetate and 20 parts by mass of an isocyanate compound (MDI) were dispersed and mixed for 3 hours using a ball mill.
〈ロールの表面処理〉
表面処理液を20℃に保ったまま、前記ロールを30秒間浸漬後、100℃に保持されたオーブンで10時間加熱し、帯電ロールを得た。
<Roll surface treatment>
While maintaining the surface treatment liquid at 20 ° C., the roll was immersed for 30 seconds and then heated in an oven maintained at 100 ° C. for 10 hours to obtain a charging roll.
(サンプル2〜39)
耐水研磨ペーパの粗さ、表面処理液の濃度、ゴム基材のマイクロ硬度等を変更して、表1及び2に示す帯電ロールを得た。
(Samples 2-39)
The charging rolls shown in Tables 1 and 2 were obtained by changing the roughness of the water-resistant abrasive paper, the concentration of the surface treatment liquid, the micro hardness of the rubber substrate, and the like.
(サンプル40〜43)
湿式研磨を行わず、表面処理液の濃度、ゴム基材のマイクロ硬度等を変更して、表2に示す帯電ロールを得た。
(Samples 40-43)
Without performing wet polishing, the concentration of the surface treatment liquid, the microhardness of the rubber substrate, and the like were changed, and the charging rolls shown in Table 2 were obtained.
(試験例1)
各帯電のロールについて、表面粗さ計(小坂研究所製、SE−3300)にて、軸方向の表面粗さRz1(μm)、軸方向の凹凸の平均間隔Sm1(μm)、周方向の表面粗さRz2(μm)を、JIS B0601−1994に準拠して測定した。なお、各帯電ロールの表面粗さ及び凹凸の平均間隔は、両端部及び中央部の計三箇所において測定し、平均値を求めた。結果を表1〜2に示す。
(Test Example 1)
For each charging roll, the surface roughness Rz 1 (μm) in the axial direction, the average interval Sm 1 (μm) in the axial direction, and the circumferential direction are measured with a surface roughness meter (SE-3300, manufactured by Kosaka Laboratory). The surface roughness Rz 2 (μm) of was measured according to JIS B0601-1994. In addition, the surface roughness of each charging roll and the average interval between the projections and depressions were measured at a total of three locations, both ends and the center, and the average value was obtained. The results are shown in Tables 1-2.
(試験例2)
サンプル1、サンプル7、サンプル10、サンプル13、サンプル18、サンプル27、サンプル28、サンプル29、サンプル40〜43の帯電ロールの表面をレーザー顕微鏡(VK−9500;Keyence社製)で観察した。結果を図3〜14に示す。
(Test Example 2)
The surfaces of the charging rolls of Sample 1, Sample 7, Sample 10, Sample 13, Sample 18, Sample 27, Sample 28, Sample 29, and Samples 40 to 43 were observed with a laser microscope (VK-9500; manufactured by Keyence). The results are shown in FIGS.
(試験例3)耐汚れ性
各帯電ロールを市販のレーザープリンター(LP−8900;EPSON社製)に組み込み、20000枚印刷後に各帯電ロールの表面の汚れ状態を目視にて観察した。耐汚れ性は、○:汚れがない、△:わずかな汚れあり、×:汚れあり、で判定した。結果を表1〜2に示す。
(Test Example 3) Stain resistance Each charging roll was incorporated into a commercially available laser printer (LP-8900; manufactured by EPSON), and the surface of each charging roll was visually observed after printing 20000 sheets. The stain resistance was judged by ○: no stain, Δ: slight stain, ×: stain. The results are shown in Tables 1-2.
(試験例4)画像評価
各帯電ロールを市販のレーザープリンター(LP−8900;EPSON社製)に組み込み、ベタ画出し試験を行い、印刷された画像を目視にて評価した。なお、表面粗さの単位はμmである。また、画像評価は、○:ムラなく均一な画像、△:画像ムラがわずかに観察された、×:白抜けが観察された、で判定した。結果を表1及び表2に示す。
(Test Example 4) Image Evaluation Each charging roll was incorporated into a commercially available laser printer (LP-8900; manufactured by EPSON), a solid image printing test was performed, and the printed image was visually evaluated. The unit of surface roughness is μm. In addition, the image evaluation was determined based on ◯: uniform image without unevenness, Δ: slight image unevenness was observed, and x: white spots were observed. The results are shown in Tables 1 and 2.
(試験例5)マイクロ硬度
各帯電ロールのマイクロ硬度を、マイクロ硬度計(MD−1;高分子計器社製)を用いて測定した。結果を表1及び表2に示す。
Test Example 5 Micro Hardness The micro hardness of each charging roll was measured using a micro hardness meter (MD-1; manufactured by Kobunshi Keiki Co., Ltd.). The results are shown in Tables 1 and 2.
(結果のまとめ)
1.00<Rz1/Rz2≦2.00、0<Sm1/Sm2≦1.00、11μm<Rz1であり、マイクロ硬度が48〜60°であるサンプル1〜26の帯電ロールはいずれも、耐汚れ性の試験において汚れがない、又はわずかな汚れで実使用において問題がない程度であり、且つ画像評価試験においてムラなく均一な画像、又は画像ムラがわずかで実使用において問題がない程度であった。具体的には、11μm<Rz1<13.7μmのサンプル1〜4及び24の帯電ロールは、ロール表面にわずかな汚れがみられたがほとんど問題のない程度であり、画像評価において画像ムラは観察されなかった。一方、Rz1>27.6μmであるサンプル18〜23及び25〜26のロールは、画像ムラがわずかに観察されたが問題のない程度であり、ロール表面は汚れが観察されなかった。また、13.7μm≦Rz1≦27.6μm且つ53.0μm≦Sm1≦123.5μmであるサンプル5〜17の帯電ロールは、いずれもロール表面に汚れが観察されず、画像ムラも観察されなかった。
(Summary of results)
1.00 <Rz 1 / Rz 2 ≦ 2.00, 0 <Sm 1 / Sm 2 ≦ 1.00, 11 μm <Rz 1 , and the charging rolls of Samples 1 to 26 having a micro hardness of 48 to 60 ° are In any case, there is no dirt in the stain resistance test, or there is no problem in actual use due to slight dirt, and there is no unevenness in the image evaluation test. It was not so much. Specifically, in the charging rolls of Samples 1 to 4 and 24 in which 11 μm <Rz 1 <13.7 μm, a slight stain was seen on the roll surface, but there was almost no problem. Not observed. On the other hand, in the rolls of Samples 18 to 23 and 25 to 26 in which Rz 1 > 27.6 μm, image unevenness was slightly observed, but there was no problem, and the roll surface was not stained. In addition, in the charging rolls of Samples 5 to 17 in which 13.7 μm ≦ Rz 1 ≦ 27.6 μm and 53.0 μm ≦ Sm 1 ≦ 123.5 μm, no stain is observed on the roll surface, and image unevenness is also observed. There wasn't.
これに対し、Rz1/Rz2が1未満のサンプル27及び40〜43の帯電ロールは、画像評価において白抜けが確認された。一方、Rz1/Rz2が2より大きいサンプル37〜39の帯電ロールも同様に、画像評価において白抜けが確認された。 In contrast, the charging roller of the sample 27 and 40 to 43 of less than Rz 1 / Rz 2 is 1, white spots in the image evaluation was confirmed. Meanwhile, Rz 1 / Rz 2 is similarly charging roll 2 larger sample 37-39, white spots were observed in the image evaluation.
また、Rz1が11μm以下のサンプル27〜32の帯電ロールも同様に画像評価において白抜けが確認され、ロール汚れも観察された。また、マイクロ硬度が45.4〜47.3°の帯電ロールは、1.00<Rz1/Rz2≦2.00、0<Sm1/Sm2≦1.00、Rz1>11μmを満たすものであっても、画像評価において白抜けが確認され、ロール汚れが観察された(サンプル33〜36)。 Further, in the charged rolls of Samples 27 to 32 having Rz 1 of 11 μm or less, white spots were confirmed in image evaluation, and roll stains were also observed. In addition, a charging roll having a micro hardness of 45.4 to 47.3 ° satisfies 1.00 <Rz 1 / Rz 2 ≦ 2.00, 0 <Sm 1 / Sm 2 ≦ 1.00, and Rz 1 > 11 μm. Even in the case, white spots were confirmed in the image evaluation, and roll contamination was observed (samples 33 to 36).
以上より、1.00<Rz1/Rz2≦2.00、0<Sm1/Sm2≦1.00、Rz1>11μmを満たし、且つマイクロ硬度が48〜60°である本発明の帯電ロールは、帯電特性を低下させることなく、トナーや外添剤が付着するのを抑制して、帯電特性を長期間に亘って維持できるものであることがわかった。特に、13.7μm≦Rz1≦27.6μmで且つ53.0μm≦Sm1≦123.5μmの帯電ロールは、優れた帯電特性を維持しつつトナーや外添剤が付着するのを抑制することができ、帯電特性を長期間に亘って維持することができるものであることがわかった。 As described above, the charging of the present invention satisfying 1.00 <Rz 1 / Rz 2 ≦ 2.00, 0 <Sm 1 / Sm 2 ≦ 1.00, Rz 1 > 11 μm, and the micro hardness is 48 to 60 °. It has been found that the roll can maintain the charging characteristics over a long period of time by suppressing the adhesion of toner and external additives without degrading the charging characteristics. In particular, a charging roll with 13.7 μm ≦ Rz 1 ≦ 27.6 μm and 53.0 μm ≦ Sm 1 ≦ 123.5 μm suppresses adhesion of toner and external additives while maintaining excellent charging characteristics. It was found that the charging characteristics can be maintained over a long period of time.
なお、図3〜7に示すように、サンプル1、サンプル7、サンプル10、サンプル13、及びサンプル18の帯電ロールの表面には周方向に長い凹部が設けられているのが確認された。これに対し、サンプル40〜43の帯電ロールの表面はいずれかの方向に長い凹部は観察されなかった。 In addition, as shown in FIGS. 3-7, it was confirmed that the recessed part long in the circumferential direction was provided in the surface of the charging roll of Sample 1, Sample 7, Sample 10, Sample 13, and Sample 18. On the other hand, no concave portions that were long in either direction were observed on the surfaces of the charging rolls of Samples 40 to 43.
1 帯電ロール
11 耐水研磨ペーパ
12 巻き出しロール
13 受けロール
14 巻き取りロール
15 研磨液
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Charging roll 11 Water-resistant polishing paper 12 Unwinding roll 13 Receiving roll 14 Winding roll 15 Polishing liquid
Claims (4)
[数1]
1.00<Rz1/Rz2≦2.00
0<Sm1/Sm2≦1.00
Rz1>11μm In the charging roll having at least one conductive rubber elastic layer on the outer periphery of the core metal, the surface state of the charging roll is determined by the ten-point average roughness Rz 1 in the axial direction of the charging roll, and the tenth average roughness in the circumferential direction of the charging roll. When the point average roughness Rz 2 , the average interval Sm 1 of the irregularities in the axial direction of the charging roll, and the average interval Sm 2 of the irregularities in the circumferential direction of the charging roll satisfy the following formula, the micro hardness of the charging roll is 48 to 60 degrees, a charging roll characterized by the above.
[Equation 1]
1.00 <Rz 1 / Rz 2 ≦ 2.00
0 <Sm 1 / Sm 2 ≦ 1.00
Rz 1 > 11 μm
[数2]
Rz1<34μm
50μm<Sm1<130μm The charging roll according to claim 1, wherein the following formula is satisfied.
[Equation 2]
Rz 1 <34 μm
50 μm <Sm 1 <130 μm
The charging roll according to claim 1, wherein the surface of the conductive rubber elastic layer is formed by wet polishing with water-resistant polishing paper.
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