JP2007147752A

JP2007147752A - 接触式現像ロール

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Publication number: JP2007147752A
Application number: JP2005339053A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Egawa; 秀一江川; Masanari Umeda; 政成梅田
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 2005-11-24
Filing date: 2005-11-24
Publication date: 2007-06-14

Abstract

【課題】凹部形成により最外層の外周面が粗面に形成されていても、感光ドラムに対するスティックスリップを防止することができる接触式現像ロールを提供する。
【解決手段】軸体１と、この軸体１の外周面に形成された弾性層２と、この弾性層２の外周面に形成された最外層３とから構成されている。最外層３の外周面には、多数の凹部Ａが、隣接する凹部Ａ間において相互に開口縁部が重なり合う状態で、分布形成されている。これにより、最外層３の外周面は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．７〜１．３μｍの範囲内、凹凸の平均間隔（Ｓｍ）が２０〜８０μｍの範囲内の表面粗さに設定された凹凸粗面に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機，プリンター等の電子写真機器類に用いられる接触式現像ロールに関するものである。

複写機，プリンター等の電子写真機器に用いられる接触式現像ロールは、通常、軸体の外周面にゴム等からなる弾性層が形成され、この弾性層の外周に直接もしくは他の層を介して最外層が形成されており、その最外層が感光ドラムに接触した状態で回転するようになっている。

そして、接触式現像ロールの外周面において均一かつ確実にトナー搬送を行うことが、高画質の画像を得る上で重要な役割となっている。このため、一般に、接触式現像ロールの最外層の外周面を粗面化することにより、トナー搬送性を向上させている。その粗面化の方法は、様々であるが、例えば、接触式現像ロールの最外層内に絶縁性の粒子等の硬質粒子を分散させることにより、最外層の外周面を粗面化する方法（例えば、特許文献１参照）が知られている。その粗面は、硬質粒子が存在する部分が凸部、硬質粒子が存在しない部分が凹部に形成された凹凸粗面になっている。

しかしながら、上記凸部では、硬質粒子の存在により、接触式現像ロールの表面硬度が高くなっている。このため、図２に示すように、接触式現像ロール１０がトナー供給ロール２０，層形成ブレード３０および感光ドラム４０等と接触した状態で回転する際には、接触式現像ロール１０の表面において、トナーにストレスを与えてしまう。これにより、上記凸部を起点としてフィルミングが発生し、画像にかぶり等の不具合が発生する。なお、図２において、符号５０はトナーボックス、符号５１はトナー、符号６０は転写ロール、符号Ｐは用紙である。

そこで、本出願人は、上記硬質粒子を用いることなく、最外層の外周面を粗面化した現像ロールを提案し既に出願している（特願２００４−３７４４７３号）。この現像ロールは、最外層の外周面に、多数の凹部を、相互に開口縁部が重なり合わない状態で分布形成することにより、最外層の外周面を粗面化している。
特開２００２−３０４０５３号公報

しかしながら、上記凹部により粗面化した現像ロールを接触式現像ロールとして用いると、感光ドラムとの間でスティックスリップを起こすことがあり、画像不具合（横すじ）が発生することがあった。そこで、本発明者らは、そのスティックスリップの原因について研究を重ねた。その結果、スティックスリップは、特に、凹部を連ねてなる凹部列が現像ロールの回転軸と平行に形成されている場合に発生することを突き止めた。そして、さらに研究を重ねた結果、上記凹部列が回転軸と平行に形成されていると、感光ドラムに対する接触状態が、上記凹部列の部分では接触面積が小さくなり、周方向で隣り合う凹部列と凹部列との間の部分では接触面積が大きくなる。このため、両者の回転に伴って、感光ドラムに対する現像ロールの接触面積が断続的となる。このことに、上記スティックスリップの原因があることを突き止めた。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、凹部形成により最外層の外周面が粗面に形成されていても、感光ドラムに対するスティックスリップを防止することができる接触式現像ロールの提供をその目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の接触式現像ロールは、軸体と、この軸体の外周面に形成された弾性層と、この弾性層の外周に直接もしくは他の層を介して形成された最外層とを有し、その最外層が感光ドラムに接触した状態で回転する接触式現像ロールであって、上記最外層の外周面に、隣接する凹部間において相互に開口縁部が重なり合った状態で多数の凹部が分布形成されて凹凸粗面が形成され、その最外層の外周面が、表面算術平均粗さ（Ｒａ）０．７〜１．３μｍの範囲内、凹凸の平均間隔（Ｓｍ）２０〜８０μｍの範囲内に設定されているという構成をとる。

本発明者らは、上記スティックスリップの原因究明結果に基づき、さらに研究を重ねた。その結果、凹部の分布形成を、隣接する凹部間において相互に開口縁部が重なり合うように行い、最外層の外周面を、最外層の外周面の算術平均粗さ（Ｒａ）０．７〜１．３μｍの範囲内、凹凸の平均間隔（Ｓｍ）２０〜８０μｍの範囲内の表面粗さに設定すると、トナー搬送性を適正に維持した状態で、感光ドラムに対するスティックスリップを防止できることを見出し、本発明に到達した。

本発明の接触式現像ロールは、最外層の外周面に対する凹部の分布形成を上記特定の状態（相互に開口縁部が重なり合う状態）とし、それによる最外層の外周面の表面粗さを上記特定の範囲内〔０．７μｍ≦Ｒａ≦１．３μｍ，２０μｍ≦Ｓｍ≦８０μｍ〕に設定しているため、上記凹部の分布形成状態と最外層の外周面の表面粗さとが相俟って、感光ドラムに対する接触状態が、両者の回転に伴って、連続的となり、スティックスリップを防止することができ、しかも、トナー搬送性を適正に維持することができる。その結果、良質の画像を得ることができる。

なお、本発明において、算術平均粗さ（Ｒａ）および凹凸の平均間隔（Ｓｍ）は、ＪＩＳＢ０６０１（１９９４年）に記載の規定によるものである。

つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。但し、本発明は、これに限定されるわけではない。

図１（ａ），（ｂ）は、本発明の接触式現像ロールの一実施の形態を示している。この実施の形態の接触式現像ロール（以下、単に「現像ロール」という）は、円柱状の軸体１と、この軸体１の外周面に形成された弾性層２と、この弾性層２の外周面に形成された最外層３とから構成されている。そして、上記最外層３の外周面には、多数の凹部（ディンプル）Ａが、隣接する凹部Ａ間において相互に開口縁部が重なり合う状態で、分布形成されている。これにより、上記最外層３の外周面は、表面算術平均粗さ（Ｒａ）が０．７〜１．３μｍの範囲内、凹凸の平均間隔（Ｓｍ）が２０〜８０μｍの範囲内の表面粗さに設定された凹凸粗面に形成されている。

算術平均粗さ（Ｒａ）を０．７〜１．３μｍの範囲内にする理由は、トナー搬送性を適正にするためである。すなわち、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．７μｍを下回ると、トナー搬送量が低下し、画像濃度が不足するからであり、逆に、１．３μｍを上回ると、トナー搬送量が増加し過ぎ、かぶり現象が発生するからである。

凹凸の平均間隔（Ｓｍ）を２０〜８０μｍの範囲内にする理由は、その凹凸の平均間隔（Ｓｍ）が２０μｍを下回ると、表面粗さが低下し過ぎてトナー搬送量が低下し、画像濃度が不足するからであり、逆に、８０μｍを上回ると、トナー搬送量にむらができ、画像濃度にむらが発生するからである。

より詳しく説明すると、各凹部Ａは、レーザエッチングにより形成される。すなわち、重なり合う前の各凹部の形状は、形成容易性の観点から、各凹部の開口形状が好ましくは円形状に形成され、各凹部の凹面形状が好ましくは球面状の一部からなる曲面（例えば、半球面状）に形成される。そして、そのような各凹部の開口縁部が重なり合うように形成されることにより、図示するような凹部Ａが形成される。この「開口縁部が重なり合う」には、開口縁部が接する場合も含まれる。また、重なり合う前の各凹部の開口形状としては、上記円形状に限定されず、楕円状，四角形状等でもよい。

重なり合う前の各凹部の寸法形状は、最外層３の外周面を上記特定の表面粗さ〔０．７μｍ≦Ｒａ≦１．３μｍ，２０μｍ≦Ｓｍ≦８０μｍ〕に設定する観点から、開口形状を直径２０〜８０μｍの範囲内の円形状とし、凹面形状を深さ２〜８μｍの範囲内（好適には３〜６μｍ）の球面状の一部とし、隣接する凹部Ａと凹部Ａとの中心間距離を２０〜８０μｍの範囲内に設定する。ここで、重なり合う前の各凹部の開口形状の形状寸法および凹面形状の形状寸法は、各凹部の形成に用いられるレーザマーカーにおいて、レーザ光の出力，レンズによるレーザ光の収束程度，照射時間等を調節することにより設定される。

また、凹部Ａの分布形成は、現像ロールのスティックスリップを防止する観点から、ランダムになされていることが好ましい。なお、最外層３の外周面には、凹部Ａの開口縁部が重なり合わない部分があってもよい。

このような現像ロールの作製は、つぎに説明するように、軸体１の外周面に弾性層２，最外層３を順に形成した後、レーザエッチングにより上記凹部Ａを形成することにより行われる。

より詳しく説明すると、まず、軸体１の外周面に、必要に応じて接着剤等を塗布し、これを成形用金型の中空部に同軸的に設置し、密封した後、弾性層２の形成材料を注入して成形する。ついで、オーブン加硫等により加硫し、上記弾性層２（通常、厚み０．５〜５ｍｍ程度）を形成した後、脱型する。

ついで、上記弾性層２の外周面に、最外層３の形成材料を、ロールコーティング法，スプレーコーティング法，ディッピング法等により塗布した後、硬化させて最外層３（通常、厚み３〜３０μｍ程度）を形成する。

そして、レーザエッチングにより、上記最外層３の外周面に凹部Ａを形成する。このレーザエッチングは、レーザ光をレンズ系により微小な点状に収束させ、最外層３の外周面にレーザ光密度の高い点状部分を形成することにより、その点状部分で最外層３がレーザ光を吸収してアブレーション（溶発）を起こし、その点状部分に微小な上記凹部Ａを形成することができる。例えば、上記レンズ系を上記ロール体の軸方向に沿って直線状に複数個配置することにより、上記レーザ光が点状に収束した点状部分を、最外層３の外周面に、軸方向に沿って一端縁から他端縁まで直線状に多数点在させるようにすると、それら点在部分を一度に上記凹部Ａに形成することができる。さらに、上記ロール体を断続的に軸周りに回転させ、その回転に同調させて断続的にレーザ光を照射すると、上記最外層３の外周面に多数の凹部Ａを分布形成することができる。

この凹部Ａの形成において、隣接する凹部Ａと凹部Ａとの中心間距離（２０〜８０μｍ）の設定は、隣接する凹部Ａと凹部Ａとの開口縁部が相互に重なり合うよう、レンズ系を調節してレーザ光の点状収束部分が所定ピッチになるよう調節するとともに、ロール体の断続的回転が所定角度になるよう調節することにより行われる。また、重なり合う前の各凹部の大きさは、上述したように、レーザ光の出力，レンズによるレーザ光の収束程度，照射時間等を調節することにより行われる。このようにして、上記現像ロールを作製することができる。なお、上記レーザ光としては、通常、Ｎｄ−ＹＡＧレーザまたはエキシマレーザを用いる。また、上記凹部Ａの形成は、１個のレーザ光をロール体の軸方向に走査させ、その走査の過程でレーザ光の照射を断続させるようにしてもよい。

このような現像ロールは、凹部Ａが上記特定の状態となるよう分布形成されているため、感光ドラムに対するスティックスリップを防止することができ、トナー搬送性を適正に維持することができる。また、最外層３の外周面の粗面化が、硬質粒子によるものではなく、凹部Ａの形成によるため、トナー搬送性が柔らかい粗面で発揮され、トナーに対するストレスが低減される。これにより、フィルミングが防止され、かぶり等のない良質の画像を得ることができる。

一方、上記現像ロールの作成工程において、最外層３の形成材料を塗布してから硬化させるまでの間に、その塗布層表面に、空気中に浮遊する埃や塵等の異物が付着し、そのまま硬化することがあり、その異物が画像不具合の原因となることがあった。しかしなから、上記現像ロールのように、最外層３に対してレーザエッチングすることにより凹部Ａを形成すると、上記異物が付着していても、その異物は、レーザエッチングによる凹部Ａの形成の際に除去される。この観点からも、良質の画像を得ることができる。

ここで、本発明の現像ロールを構成する軸体１，弾性層２，最外層３の形成材料等について説明する。

上記軸体１は、特に限定されるものではなく、中実でも中空でもよい。また、上記軸体１の材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、鉄，鉄にめっきを施したもの，ステンレス，アルミニウム，樹脂等があげられる。そして、上記軸体１の表面には、通常、接着剤やプライマー等が塗布される。さらに、上記接着剤やプライマー等は、必要に応じて、導電化してもよい。

上記弾性層２の形成材料としては、通常、下記の主材料に導電剤が含有されているものが用いられる。すなわち、その主材料としては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリウレタン系エラストマー，エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ），スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ），シリコーンゴム，アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ），水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ），クロロプレンゴム（ＣＲ）等があげられる。なかでも、低硬度でへたりが少ないという観点から、導電性シリコーンゴムを用いることが好ましい。また、必要に応じて、シリコーンオイル，加硫剤，加硫促進剤，滑剤，助剤等を適宜に添加してもよい。

上記最外層３の形成材料としては、下記の主材料に導電剤が含有されているものが用いられる。すなわち、その主材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、ウレタン樹脂，ポリアミド樹脂，アクリル樹脂、アクリルシリコーン樹脂、ブチラール樹脂（ＰＶＢ），アルキッド樹脂，ポリエステル樹脂，フッ素ゴム，フッ素樹脂，フッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物，シリコーン樹脂，シリコーングラフトアクリルポリマー，アクリルグラフトシリコーンポリマー，ニトリルゴム，ウレタンゴム等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。なかでも、耐摩耗性の観点から、ウレタン樹脂が好ましい。

なお、場合により、弾性層２と最外層３との間には、中間層を形成してもよい。この中間層の形成材料としては、通常、下記の主材料に導電剤が含有されているものが用いられる。すなわち、その主材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴム（水素化ニトリルゴム：Ｈ−ＮＢＲ），アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ニトリルゴム：ＮＢＲ），ポリウレタン系エラストマー，クロロプレンゴム（ＣＲ），天然ゴム，ブタジエンゴム（ＢＲ），アクリルゴム（ＡＣＭ），イソプレンゴム（ＩＲ），スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ），ヒドリンゴム（ＥＣＯ，ＣＯ），ウレタンゴム，フッ素ゴム等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。なかでも、接着性およびコーティング液の安定性の観点から、Ｈ−ＮＢＲ，ポリウレタン系エラストマーが特に好ましい。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

〔軸体〕
外径８ｍｍ、長さ３５０ｍｍの鉄製の中実円柱状の軸体を準備した。

〔弾性層の形成材料〕
導電性シリコーンゴム（Ｘ３４−２７０Ａ／Ｂ、信越化学工業社製）をニーダーにより混練して弾性層の形成材料を調製した。

〔最外層の形成材料〕
ポリカーボネートジオール系ウレタン樹脂（ニッポラン５１９６、日本ポリウレタン社製）１００重量部に対して、カーボンブラック（デンカブラックＨＳ−１００、電気化学工業社製）４０重量部の割合で用い、ボールミルにより混練した後、ＭＥＫ４００重量部を加えて混合，攪拌して最外層の形成材料を調製した。

〔現像ロールの作製〕
成形用金型を用いて成形（１９０℃×３０分間）することにより、軸体の外周面に弾性層（厚み４ｍｍ、長さ２４０ｍｍ）を形成した。ついで、その弾性層の外周面に、上記最外層の形成材料をロールコーティング法により塗工した後、乾燥（硬化）させ、最外層（厚み３０μｍ）を形成した。そして、Ｎｄ−ＹＡＧレーザを用い、最外層の外周面にレーザエッチングを施すことにより、多数の凹部を分布形成した。このレーザエッチングは、最外層に照射するレーザ光の直径を８μｍとすることにより、重なり合う前の各凹部の開口形状が直径２０μｍの円形状となり、凹面形状が深さ３μｍの球面状の一部となるよう設定し、その各凹部の開口縁部が重なり合うよう形成することにより、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．７μｍ、凹凸の平均間隔（Ｓｍ）が２０μｍとなるよう設定した。なお、上記算術平均粗さ（Ｒａ）および凹凸の平均間隔（Ｓｍ）は、表面粗さ計（東京精密社製、サーフコム１４００Ｄ）を用いて測定した（以下の表面粗さについても同様）。

上記実施例１において、最外層に照射するレーザ光の直径を１５μｍにすることにより、重なり合う前の各凹部の開口直径が５０μｍ、凹部深さが６μｍとなるよう設定し、その各凹部の開口縁部が重なり合うよう形成することにより、算術平均粗さ（Ｒａ）が１．０μｍとなり、凹凸の平均間隔（Ｓｍ）が５０μｍとなるよう設定した。それ以外は、上記実施例１と同様にした。

上記実施例１において、最外層に照射するレーザ光の直径を２２μｍにすることにより、重なり合う前の各凹部の開口直径が８０μｍ、凹部深さが８μｍとなるよう設定し、その各凹部の開口縁部が重なり合うよう形成することにより、算術平均粗さ（Ｒａ）が１．３μｍとなり、凹凸の平均間隔（Ｓｍ）が８０μｍとなるよう設定した。それ以外は、上記実施例１と同様にした。

〔比較例１〕
上記実施例１において、レーザエッチングを行わなかった（凹部を形成しなかった）。この場合の算術平均粗さ（Ｒａ）は０．２μｍ、凹凸の平均間隔（Ｓｍ）は測定不可能であった。それ以外は、上記実施例１と同様にした。

〔比較例２〕
上記実施例１において、最外層に照射するレーザ光の直径を５μｍにすることにより、重なり合う前の各凹部の開口直径が１０μｍ、凹部深さが１μｍとなるよう設定し、その各凹部の開口縁部が重なり合うよう形成することにより、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．５μｍとなり、凹凸の平均間隔（Ｓｍ）が１０μｍとなるよう設定した。それ以外は、上記実施例１と同様にした。

〔比較例３〕
上記実施例１において、最外層に照射するレーザ光の直径を２５μｍにすることにより、重なり合う前の各凹部の開口直径が９０μｍ、凹部深さが１０μｍとなるよう設定し、その各凹部の開口縁部が重なり合うよう形成することにより、算術平均粗さ（Ｒａ）が１．５μｍとなり、凹凸の平均間隔（Ｓｍ）が９０μｍとなるよう設定した。それ以外は、上記実施例１と同様にした。

〔横すじ（スティックスリップ）の有無〕
このようにして得られた実施例１〜３および比較例１〜３の各現像ロールを、接触現像方式を採用する市販の実機（レーザショットＬＢＰ−２５１０、キャノン社製）に組み込み、２０℃，５０％ＲＨの環境下で、黒べた画像の画像出しを行った。そして、その画像について、横すじの有無を目視により行った。その結果、画像に横すじが無いものをスティックスリップが発生していないとして○、画像に横すじが確認できるものをスティックスリップが発生したとして×と評価し、下記の表１に併せて表記した。

〔画像濃度〕
また、上記画像について、その画像濃度を目視により評価した。その結果、画像濃度が適正であり濃度むらがないものを○、濃度むらが確認できるものを△、濃度むらに加えて画像濃度の不足が確認できるものを×、と評価し、下記の表１に併せて表記した。

〔かぶり現象の有無〕
さらに、画像出しを、３２．５℃，８５％ＲＨの環境下で、印字面積が５％の印字パターンにて８０００枚行った後、感光ドラム表面の白地部の濃度をマクベス濃度計を用いて測定した。その結果、その濃度が０．２５未満のものはかぶり現象（上記感光ドラム表面の白地部へのトナー付着）が発生していないとして○、濃度が０．２５以上のものはかぶり現象が発生したとして×と評価し、下記の表１に併せて表記した。

上記表１の結果から、実施例１〜３の現像ロールでは、スティックスリップ（横すじ）もかぶり現象も発生していず、トナー搬送性（画像濃度）も適正であることがわかる。これに対して、比較例１〜３の現像ロールでは、トナー搬送性（画像濃度）が悪いものやかぶり現象が発生するものがあり、現像ロールとして適正でないことがわかる。

本発明の現像ロールの一実施の形態を示し、（ａ）は、その正面図およびその表面を拡大して模式的に示した説明図であり、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。電子写真機器における複写機構の一部を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１軸体
２弾性層
３最外層
Ａ凹部

Claims

軸体と、この軸体の外周面に形成された弾性層と、この弾性層の外周に直接もしくは他の層を介して形成された最外層とを有し、その最外層が感光ドラムに接触した状態で回転する接触式現像ロールであって、上記最外層の外周面に、隣接する凹部間において相互に開口縁部が重なり合った状態で多数の凹部が分布形成されて凹凸粗面が形成され、その最外層の外周面が、表面算術平均粗さ（Ｒａ）０．７〜１．３μｍの範囲内、凹凸の平均間隔（Ｓｍ）２０〜８０μｍの範囲内に設定されていることを特徴とする接触式現像ロール。