JP2005164782A - 現像ローラとその製造方法及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的高粘度の液状材料を用いて、注入成型しても、生産性を落とすことなくローラ断面の外径形状に凸凹がなく、画像上ピッチムラのない現像ローラを提供する。
【解決手段】 現像ローラ断面の弾性層厚さの最大値と最小値の差が、該導電性多層ローラの外径平均値の０．１２５％以下でかつ、外径形状の凸部が１、あるいは２つである現像ローラ。
【選択図】 なし

Description

本発明は、複写機、プリンタ等の電子写真装置や静電記録装置などにおける現像ローラに関する。

複写機、プリンタ等の電子写真装置や静電記録装置などにおける複写はつぎのようにして行われる。すなわち、軸中心に回転する感光ドラムに原稿像を静電潜像として形成し、これにトナーを付着させてトナー像を形成する。ついで、このトナー像を複写紙に転写することにより複写が行われる。この場合、上記感光ドラム表面に対して静電潜像を形成させるためには、予め感光ドラム表面を帯電させた後、この帯電部分に対して原稿像を光で投射し、光の当たった部分の帯電を打ち消すことにより静電潜像をつくるということが行われている。そして、感光ドラム表面を帯電させる方式としては、最近では、導電性ローラを感光ドラム表面に直接接触させて感光ドラム表面を帯電させるローラ帯電方式が採用されている。さらに、このようにして感光ドラム表面に形成された静電潜像にトナー像を形成させる方法としては、現像ローラを用いた方式（接触現像方式）と非接触方式がある。トナーに磁性体を含まない非磁性一成分トナーでは、接触現像方式が用いられる場合が多い。この方法は、トナー（非磁性一成分現像剤）を担持した現像ローラを感光ドラム等の静電潜像を保持した潜像保持体に接触させて、トナーを該潜像保持体の潜像に付着させることにより現像を行うもので、このため上記現像ローラが導電性を有する弾性体で形成する必要がある。即ち、トナーを供給するためのトナー塗布用ローラと静電潜像を保持した感光ドラムとの間に、上記現像ローラが潜像保持体と接触した状態で配設され、これら現像ローラ、潜像保持体及びトナー塗布用ローラがそれぞれ回転することにより、トナーがトナー塗布用ローラにより現像ローラの表面に供給され、このトナーがブレ−ドにより均一な薄層に整えられ、現像ローラが、感光体ドラムとのニップ部あるいは近接部において、感光体ドラム上に形成された静電潜像に順次トナーを付着させる。このような非磁性一成分トナー現像方式の現像装置で使用される現像ローラは、摩擦接触によって正または負に帯電したトナーを、静電的にその表面に付着させるものであり、導電性のローラにより構成されている。この導電層を形成する導電性材料として、従来から、シリコーンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ウレタンゴム、シリコーン変性エチレンプロピレンゴム等のゴム材料をベースとし、これに導電性を付与するためにカーボンブラックや金属粉等の導電物質を配合した導電性ゴム材料が用いられている。

上記のゴムローラの特性として一定の接触面積を確保する必要性があり、ゴムの性能として低硬度でかつ、高精度な導電性ローラが求められる。このような低硬度で高精度な現像ローラの製造方法の一つとして、液状の材料を用いて、円筒状金型に軸芯体を保持した２つの円筒駒に液状ゴムを入口駒より注入し加熱する成型方法で行われている。高精度のローラを得るためには均一に液状材料を注入する必要があり、特登録２８２０７４２のように複数の流路をより均一に液状材料を注入することにより高精度なローラ得ている。しかしながら、特にフィラー分散系の液状ゴムを用いた場合、粘度が高いため、液状ゴムが注入されたときの形状を維持しながら硬化するため、得られるローラ断面の外径形状が歯車のような凸凹したローラとなり、このような凸凹のローラを用いた場合、現像ローラ上のトナー層の厚さが不均一となり画像上、ピッチムラとして表れる。そこで、成型時に、注入時間を長くし、硬化温度を低くしかつ長時間硬化させることにより、得られるローラの凸凹の程度を小さくすることはできるが、ローラの製造時間がかかりコストがかかる。

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、軸心体にプライマーを介して設けられた弾性層と該弾性層の周面上に設けられた被覆層からなる現像ローラについて、現像ローラ断面の弾性層厚さの最大値と最小値の差が、該導電性多層ローラの外径平均値の０.１２５％以下でかつ、外径形状の凸部が１、あるいは２つである現像ローラを用いることにより、画像上のピッチムラが表れないことを見出した。また、上記のローラの製造方法としてゴム重量比を１００としたときのフィラー重量比を１０〜８０の液状ゴムを円筒金型及び、軸芯体を保持する２つの円筒駒に注入駒から1つの流路より円筒金型に注入し加熱することにより容易に凹凸のない現像ローラが得られることを見出した。

以上のように、現像ローラ断面の弾性層厚さの最大値と最小値の差が現像ローラの外径平均値の０.１２５％以下でかつ、外径形状の凸部が1、あるいは２つである現像ローラを作製することにより、ピッチムラのない画像を得ることができ現像ローラとして好適に使用することができる。

本発明中のローラ断面の外径形状について、ローラ断面の弾性層厚さの最大値と最小値の差が、該現像ローラの外径平均値の０.１２５％以下でかつ、外径形状の凸部が1、あるいは2つであることが望ましく、特に、０.０８％以下で凸部が１つであることが望ましい。ローラ断面の弾性層厚さの最大値と最小値の差が、該現像ローラの外径平均値の０.１２５％以上もしくは、凸部が３つ以上あると上記のように現像ローラ上のトナー層の厚さが凸凹のために不均一となり画像上、ピッチムラとして表れる。なお、ローラ断面の弾性層厚さの最大値と最小値の差(t)の測定方法は温度２３度、湿度５０％環境下、軸心体を２４時間放置後、同環境下、非接触系レーザー測長機を用いて軸芯体を周方向に２度ずつ回転させながら基準(Ａ点)から軸芯体外周面の距離(Ｌ０)と外径(Ｄ０)を測定した。次に同環境下、現像ローラを２４時間放置後、非接触系レーザー測長機を用いてローラを周方向に２度ずつ回転させながら基準(Ａ点)からローラ外周面の距離(Ｌ１)と外径(Ｄ１)を測定した後、(Ｌ１＋Ｄ１)-(Ｌ０＋Ｄ０)より算出した。また、この外径測定の結果は後に平均値を求め、本発明中の外径平均値とした。

弾性層に用いられるシリコーンゴム材料としてはジメチルシリコーンゴム、メチルフェニルシリコーンゴム、メチルビニルシリコーンゴム、メチルフェニルビニルシリコーンゴム等のシリコーンゴムや、アクリルゴム、エチレンプロピレンゴム等と上記のシリコーンゴムとが混合されたゴム等のシリコーンゴムが揚げられる。

弾性層、被覆層に用いられる導電剤としては、カーボンブラック、グラファイト、アルミニウム、銅、錫、ステンレス鋼などの各種導電性金属または合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化チタン、酸化錫−酸化アンチモン固溶体などの各種金属酸化物、これらの内、カーボンブラックが比較的容易に入手でき良好な帯電性が得られる。分散手段としては、ロールニーダ、バンバリーミキサー、ボールミル、サンドグラインダー、ペイントシェーカーなどを適宜利用すれば良い。

その他、弾性体層、被覆層に導電性を付与する手段として、導電性高分子化合物を添加する場合もある。例えば、ホストポリマーとして、ポリアセチレン、ポリ（ｐ−フェニレン）、ポリピロール、ポリチオフェニン、ポリ（ｐ−フェニレンオキシド）、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリ（２、６−ジメチルフェニレンオキサイド）、ポリ（ビスフェノールＡカーボネート）、ポリビニルカルバゾール、ポリジアセチレン、ポリ（Ｎ−メチル−4−ビニルピリジン）ポリアニリン、ポリキノリン、ポリ（フェニレンエーテルスルホン）などを使用し、これらをドーパントしてＡＳＦ_５、Ｉ_２、Ｂｒ_２、ＳＯ_３、ＮａＣｌＯ₄、ＫＣｌＯ_４、ＦｅＣｌ_３、Ｆ、Ｂｒ、Ｃｌ、Ｉ、Ｋｒ等の各イオン、Ｌｉ、ＴＣＮＱ等をドープしたものが用いられる。

無機系充填剤としては、珪藻土、石英粉末、乾式シリカ、湿式シリカ、酸化チタン、酸化亜鉛、アルミノケイ酸、炭酸カルシウム等を挙げることができる。

シリカとしては、特に制限がなく、従来から公知のものを広く使用でき、例えば、上述した乾式法による無水ケイ酸、湿式法による含水ケイ酸、合成ケイ酸塩等を挙げることができる。

また、無機系充填剤の添加量はシリコーンゴム１００重量部に対し、１０〜８０部、特に１０〜５０部にすることが好ましく、１０部以下、あるいは８０部以上であると低硬度、低圧縮歪み性が得られないことがある。また８０部以上であると粘度の上昇により凸凹が大きくなりローラとしたとき画像上ピッチムラが現れる。

導電性弾性体層の体積固有抵抗値は、１００Ｖの直流電圧印加時で１０^３ 〜１０^１０ Ω・ｃｍの範囲にあることが好ましい。例導電剤としてカーボンブラックを用いる場合は、シリコーンゴム１００質量部に対して５〜１００重量部配合される。また、弾性層の厚さは０.５〜６.０ｍｍの範囲にあればよく、１．０〜５.０ｍｍの範囲にあることが好ましい。厚さが０．５ｍｍより薄くなると、均一なニップを確保することが困難になる。一方、厚さを６．０ｍｍより厚くしても、帯電性能の向上に繋がらないだけでなく、ゴム材の成型コストが上昇しコスト的に不利である。

導電性軸芯体は導電性部材の電極および支持部材として機能するもので、例えば、アルミニウム、銅合金、ステンレス鋼などの金属または合金、クロム、ニッケル等で鍍金処理を施した鉄、合成樹脂などの導電性の材質で構成される。なお、導電性の軸芯体の外径は４ｍｍ以上１０ｍｍ以下とされる。

本発明に用いられるイソシアネート化合物としては、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）等のジイソシアネート、およびそれらのビュレット変性体、イソシアヌレート変性体、ウレタン変性体等を好ましく使用することができる。特に好ましいイソシアネート化合物は、ＴＤＩおよびそのビュレット変性体、イソシアヌレート変性体、ウレタン変性体等である。イソシアネート化合物は、その分子鎖が長いほど、より高い柔軟性を有するポリウレタン被覆層を生成し得る。

被覆層の架橋性ウレタンはメチルエチルケトン等の有機溶媒を加えて混合、攪拌することにより、コーティング液を作製する。そして、コーティング液の濃度は、形成する各層の厚みに応じて適宜に設定される。すなわち、各層の厚みはコーティング液の粘度調整が大きな要因となり、この粘度調整によって設定され、上記粘度は各コーティング液の濃度によって決定される。上記各コーティング液の濃度は、表層形成材料に関しては、１０〜３０％の範囲に設定することが好ましい。

次に、本発明の現像ローラの製造方法を説明する。

プライマ−は通常使用されている公知のシランカップリング系プライマ−で良く、軸芯体の外周にスプレー法、浸漬法等により塗布する。続いて熱風、赤外線等による加熱の焼付炉により乾燥して焼付け、接着層を軸芯体の外周に設ける。接着層の厚さは、シランカップリング系接着剤の粘度（溶剤による希釈、希釈剤の添加）により調整する。焼付け条件は、温度１２０〜１７０℃に１５〜６０分間保持して行う。温度が１００℃未満では、焼付けが不十分となり、満足な接着が得られない。また、温度が２００℃を超えると接着剤が分解し、この場合も満足な接着が得られなくなる。

次いで、接着剤層が設けられた軸芯体を金型に配置し、金型内に形成されたキャビティに液状のシリコーンゴムを注入する。続いて、加熱してシリコーンゴム材料を架橋硬化し、弾性層を形成する。その後、冷却して脱型し、硬度がＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度で３０〜７０度のシリコーンゴムローラを得る。

成型時に使用する円筒金型の材質としては、一般的に高精度な金型を製作する場合は、加工性の良いＮＡＫ材等の鋼材を用いる。また、弾性材料の硬化後の離型性を良くするために、円筒金型の内径表面を鏡面化にする。その方法として、ガンドリルで内径加工後、ホーニング仕上げするため、硬めの鋼材を用いる。また、軽量化するためにアルミ型を用いる場合もあるが、耐久・精度等の問題がある。

両端部の円筒駒の材質も円筒金型と同様の材質を用いる。これは、熱盤成形する時、円筒金型と駒によって線膨張係数が異なると、型同士のかみ合せ等の問題が発生するためである。また、注入駒の注入穴の形状について液状ゴムが円筒金型に到達時一つの流路になれば良い。流路が一つであれば、凸部は１または２つでき、凸部の数と凸凹の大きさは流路の面積、形状により決まる。

上記弾性層を形成した後、この弾性層表面に被覆層形成材料となるコーティング液を塗布するか、あるいはコーティング液中に浸漬して引き上げた後、乾燥および加熱処理を行うことにより被覆層を形成する。このコーティング液の塗布方法としては、ディッピング法、スプレーコーティング法、ロールコート法等があげられる。このようにして２層構造の現像ロールを作製することができる。

以下に実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、これらは、本発明を何ら限定するものではない。

（実施例１）
軸芯体としてＳＵＳ製の芯金にニッケルメッキを施し、さらにプライマ−を塗布、焼付けしたものを用いた。ついで、軸芯体を金型に配置し、金型を１００℃、５分間加熱し、液状付加型ジメチルシリコーンゴムのフィラ−量を５０部加え調整したものを金型内に形成されたキャビティに１つの流路より注入した。続いて、１００℃、１５分加熱することにより、シリコーンゴムを硬化し、冷却した後に脱型することで、弾性体層を軸芯体の外周に設けた。２００℃、４時間加熱した後、ウレタン樹脂の固形分５％ＭＥＫ溶液に、さらにカーボンブラックを、樹脂成分に対し５０部添加し十分に攪拌分散したものに先の弾性ローラを浸漬してコーティングした後、引き上げて乾燥させ、１４０℃にて４時間加熱処理して、導電性樹脂層を弾性層の外周に被覆することにより、外径平均値１６.０２ｍｍ、最大値と最小値の差１５μｍ、凸部の数が１個の現像ローラを得た。後にキヤノン製カラーレザービームプリンタを用いてピッチムラの画像評価を行った。

（実施例２）
液状付加型ジメチルシリコーンゴムのフィラー量を１０部加えたものを１つの流路より注入し、実施例１と同様に行った。外径平均値１６.０５ｍｍ、最大値と最小値の差４μｍ、凸部の数が２個の現像ローラを得た。

（実施例３）
液状付加型ジメチルシリコーンゴムのフィラー量を４０部加えたものを１つの流路より注入し、実施例１と同様に行った。外径平均値１６.０３ｍｍ、最大値と最小値の差１０μｍ、凸部の数が２個の現像ローラを得た。

（比較例１）
液状付加型ジメチルシリコーンゴムのフィラー量を５０部加えたものを４つの流路より注入し、実施例１と同様に行った。外径平均値１５.９８ｍｍ、最大値と最小値の差８μｍ、凸部の数が４個の現像ローラを得た。

（比較例２） 液状付加型ジメチルシリコーンゴムのフィラー量を６０部加えたものを２つの流路より注入し、実施例１と同様に行った。外径平均値１６.０３ｍｍ、最大値と最小値の差２３μｍ、凸部の数が２個の現像ローラを得た。

（比較例３）
液状付加型ジメチルシリコーンゴムのフィラー量を１００部加えたものを２つの流路より注入し、実施例１と同様に行った。外径平均値１５.９７ｍｍ、最大値と最小値の差２７μｍ、凸部の数が１個の現像ローラを得た。

それぞれの結果については表１に示した。ピッチムラについて、○は問題なし、△はやや濃淡が見られる、×は不良を表す。ローラ断面の弾性層厚さの最大値と最小値の差についても表１に示す。

Claims (4)

1. 表面にトナーの薄層を形成し、感光ドラム等の静電潜像を保持した潜像保持体に接触させて、トナーを該潜像保持体の潜像に付着させることにより可視画像を形成する接触式現像ローラにおいて、軸芯体にプライマ-を介して弾性層を設けた弾性ローラ、および該弾性層の周面上に設けた被覆層からなる現像ローラ断面の弾性層厚さの最大値と最小値の差が、該現像ローラの外径平均値の０．１２５％以下でかつ、外径形状の凸部が１、あるいは２つであることを特徴とする現像ローラ。
2. 上記弾性層が付加型シリコーンゴムであり、ゴム重量を１００としたときのフィラ-重量比が１０〜８０部である請求項１の現像ローラ。
3. 円筒金型及び、軸芯体を保持する２つの円筒駒を用いて液状ゴムを入口駒より注入し加熱する成型方法において液状ゴムが注入駒から円筒金型より注入される際、注入駒から１つの流路より円筒金型に注入することを特徴とする現像ローラの製造方法。
4. 表面にトナーの薄層を形成し、感光ドラム等の静電潜像を保持した潜像保持体に接触させて、トナーを該潜像保持体の潜像に付着させることにより可視画像を形成する現像ローラを具備してなる画像形成装置において、請求項１〜３記載の現像ローラを用いたことを特徴とする画像形成装置。