(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯金の周囲に少なくとも１層以上の半導電性層を有する現像ローラにおいて、該現像ローラの最表面層が、樹脂成分と、該樹脂成分１００質量部に対して１５乃至４５質量部の電子導電性物質とを含有し、
該現像ローラ外周部の任意に選択した５μｍ四方の領域に１０Ｖの電圧を印加した時、流れる電流総和値が１．０×１０〜１．０×１０4ｎＡであることを特徴とする現像ローラ。
【請求項２】
前記電子導電性物質がカーボンブラックであることを特徴とする請求項１記載の現像ローラ。
【請求項３】
現像ローラの外周部に塗料を塗布し、該塗料が超音波振動を使用して、あらかじめ導電性物質を分散させたものであることを特徴とする請求項１又は２記載の現像ローラ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の現像ローラを有することを特徴とする電子写真プロセスカートリッジ。
【請求項５】
表面にトナーを担持してトナー薄膜を形成し、この状態で潜像担持体に接触して該潜像担持体にトナーを供給することにより可視化するための現像ローラを有する電子写真画像形成装置において、該現像ローラが請求項１〜４のいずれか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画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複写機、レーザープリンタ等の電子写真装置などにおいて用いられる現像ローラ及び現像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複写機やレーザープリンタ等の電子写真装置や静電記録装置などにおいて、潜像を保持した感光ドラム等に非磁性一成分現像剤を供給し、感光ドラムの潜像に現像剤を付着させて潜像を可視化する現像方法として、加圧現像法が知られている。この方法によれば、磁性材料が不要であるため画像形成装置の簡素化や小型化が容易であることや、トナーのカラー化が容易である。
【０００３】
この現像法は、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あり、現像ローラを導電性弾性体で形成する必要がある。また、上記装置において現像ローラは感光体と接触しながら回転することにより、トナーが現像ローラから感光へと付着していく。この現像ローラと感光体との接触の際には、現像ローラは感光体への均一な圧接幅を確保するために、弾性材料により構成されると共に、電圧を印可してトナー像を感光体上に形成するために、ローラ電気抵抗として中抵抗域であることが求められる。また、同時に均一な導電性や局所的に発生する電流のリークを防止する（耐リーク性を有する）ことが求められている。そこで、所望の電気抵抗値に調整した弾性層を形成しその外周に、耐摩耗性やトナー帯電性、トナー搬送性を得ると共に適宜表面粗さを確保するためにナイロン、ウレタンなどの樹脂に粗し材や、導電性を確保するための導電性物質を添加した表面層を設ける場合が多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
耐リーク性を発現するにあたり、半導電性被覆層の体積抵抗率を測定している。しかし、この測定法では測定領域がマクロ的である。
【０００５】
また、電子導電性物質の量を多くして電気抵抗の低い領域を実現したとしても、電子導電性物質の分散状態が悪い場合、局所的な電気抵抗のムラによる電流のリークが生じ、画像不良が生じてしまう。また、イオン導電性物質を単独または電子導電性物質と併用して用いることにより、電子導電性物質の量が減ることで耐リーク性能の向上に多少の効果はあるが、局所的な部分まで導電性物質のムラが考慮されない場合、やはり電流のリークは発生してしまう。また、環境変動によるローラの電気抵抗変化が大きいといった問題が発生すると同時に、現像ブレードと現像ローラの圧接による、セット跡による画像不良が顕著になってしまう。そこで、本発明の解決課題とするところは、良好な耐リーク性をもち、セット跡による画像不良がなき高品位な画像を与える現像ローラを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、芯金の周囲に少なくとも１層以上の半導電性層を有する現像ローラにおいて、現像ローラの最表面層が、樹脂成分と、樹脂成分１００質量部に対して１５乃至４５質量部の電子導電性物質とを含有し、現像ローラ外周部の任意に選択した５μｍ四方の領域に１０Ｖの電圧を印加した時、流れる電流総和値が１．０×１０〜１．０×１０4ｎＡであることを特徴とする現像ローラに関するものである。
【０００７】
半導電性層を構成する層のうち、最表面層は樹脂成分と電子導電性物質を含有することが好ましい。
【０００８】
電子導電性物質がカーボンブラックであることが好ましい。
【０００９】
現像ローラにおいて、半導電性層を構成する層のうち、最表面層を形成する前記樹脂成分１００質量部に対するカーボンブラックの含有量をｎ質量部とすると、ｎ×電流総和値／１００００の値が０．０１〜５０ｎＡであることが好ましい。
【００１０】
さらに本発明は、現像ローラの外周部に塗料を塗布し、塗料が超音波振動を使用して、あらかじめ導電性物質を分散させたものであることを特徴とする現像ローラに関するものである。
【００１１】
さらに本発明は、現像ローラを有することを特徴とする電子写真プロセスカートリッジに関するものである。
【００１２】
さらに本発明は、表面にトナーを担持してトナー薄膜を形成し、この状態で潜像担持体に接触して潜像担持体にトナーを供給することにより可視化するための現像ローラを有することを特徴とする電子写真画像形成装置に関するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、芯金の周囲に少なくとも１層以上の半導電性層を有する現像ローラにおいて、現像ローラの最表面層が、樹脂成分と、樹脂成分１００質量部に対して１５乃至４５質量部の電子導電性物質とを含有し、現像ローラ外周部の任意に選択した５μｍ四方の領域に１０Ｖの電圧を印加した時、流れる電流総和値が１．０×１０〜１．０×１０4ｎＡであることを特徴とする現像ローラに関するものである。
【００１４】
耐リーク性においてはすでに公知であるように、電子導電性物質が多すぎると電流のリークによる画像不良が発生してしまう。
【００１５】
本発明に係るローラを使用することにより、圧接跡による画像不良も起きず、環境変動に強い現像ローラを得られるものである。
【００１６】
電子導電性物質を用いた現像ローラにおいて、ローラの電気抵抗値が同じであっても、電子導電性物質の分散状態によっては、リークによる画像不良が発生したりする。しかし、ローラの局所的な部分の電流総和値を１．０×１０〜１．０×１０4ｎＡであるローラにすることにより電流のリークによる画像不良を防止できるのである。
【００１７】
半導電性層は２層以上として用いることもできる。ローラの外周部に形成する半導電性層は、ＥＰＤＭまたはウレタン等のエラストマーやフォーム材料、あるいはその他の樹脂成型体を基材として用いる。このような成型体を用いることにより低硬度かつ低圧縮永久歪みの現像ローラを得ることができる。また、外周部を形成する半導電性層には導電性物質としてカーボンブラック、金属、金属酸化物のような電子導電性物質を用いるのが好ましいが、過塩素酸ナトリウムのようなイオン導電性物質を配合したものも用いることができる。電子導電性物質としては、ケッチェンブラックＥＣ，アセチレンブラック等の導電性カーボン、ＳＡＦ，ＩＳＡＦ，ＨＡＦ，ＦＥＦ，ＧＰＦ，ＳＲＦ，ＦＴ，ＭＴ等のゴム用カーボン、酸化処理等を施したカラ−（インク）用カーボン、銅、銀、ゲルマニウム等の金属及び金属酸化物等が挙げられる。これらの電子導電性材料の中で、少量で導電性を制御しやすいカーボンブラックが好んで用いられる。これら導電性粉体は、通常基材１００質量部に対して好ましくは０．５〜５０質量部、より好ましくは１〜３０質量部の範囲で好適に用いられる。また、導電性材料として用いられるイオン導電性物質を例示すれば、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸リチウム、過塩素酸カルシウム、塩化リチウム等の無機イオン性導電物質、更に変性脂肪族ジメチルアンモニウムエトサルフェート、ステアリルアンモニウムアセテートの有機イオン性導電物質が用いられる。
【００１８】
なお、原料の分散に関してはボールミル、サンドミル、液衝突型分散、超音波分散などを単独または併用して使用することができる。例えば、表面層を構成する塗料１００質量部に対して、アルミナボール１０φを３０質量部、１５φを３０質量部混合し、２０ｒｐｍの回転数で１２時間以上、混合することが好ましい。なお、ボールミルの混合時間は、塗料中のカーボンブラックの含量に応じて変化させても良い。
【００１９】
本発明の半導電性層が２層を用いた現像ローラについて説明する。本発明の現像ローラは、図１に示すように、良導電性シャフト１の外周に半導電性弾性層２を有し、この半導電性弾性層２を半導電性の最表面層である半導電性樹脂層３で被覆して形成される。本発明においては、この現像ローラをローラ表面のいずれの場所においても、１０Ｖの電圧印加時にローラ外周部表面の任意に選択した５μｍ四方の領域に１０Ｖの電圧を印加した時に流れる電流総和値が１．０×１０〜１．０×１０4ｎＡとなるべく、後述のように調整することができる。ここで、半導電性層全体の厚さは１〜６ｍｍであることが好ましい。より好ましくは半導電性層全体の厚さは２〜５ｍｍであるのが良い。また、外周部を形成する半導電性層の厚さは３〜１００μｍであることが好ましい。より好ましくは外周部を形成する半導電性層の厚さは１０〜３０μｍであるのが良い。
【００２０】
図１に例示される現像ローラにおいて半導電性弾性層２の基材として具体的には、ポリウレタン、天然ゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、ポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、シリコーンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、及びこれらの混合物等が挙げられるが、柔らかく、圧縮永久歪みが少ないことから好ましくはシリコーンゴムが用いられる。
【００２１】
ここで使用するシリコーンゴムとしては、ジメチルシリコーンゴム、ジフェニルシリコーンゴム、フルオロシリコーンゴムなどが挙げられる。シリコーンゴムとしては例えば、硬化可能なオルガノポリシロキサンと、シロキサン骨格を有する硬化剤を用いて架橋したものを使用することができる。硬化可能なオルガノポリシロキサンとしては例えば、ジメチルポリシロキサンまたは末端にビニル基等の硬化剤と反応する官能基を有するオルガノポリシロキサンを用いることができる。また、硬化剤としてはオルガノハイドロジェンポリシロキサンを用いることができる。硬化可能なオルガノポリシロキサンのアルケニル基は、硬化剤であるオルガノハイドロジェンポリシロキサンの活性水素と反応して架橋点を形成する部位であり、その種類は特に限定されないが、活性水素との反応性が高い等の理由から、ビニル基およびアリル基の少なくとも一方であることが好ましく、ビニル基が特に好ましい。
【００２２】
半導電性層の適切な電気抵抗領域としては体積抵抗率１×１０3〜１×１０10Ω・ｃｍ、好ましくは１×１０4〜１×１０8Ω・ｃｍに調整したものが用いられる。体積抵抗率が１×１０3〜１×１０10Ω・ｃｍの範囲にあるとき、電荷のリークの問題が生じず、適切な画像濃度が得られ、かぶりなどの問題も発生しない。
【００２３】
ここで、上記良導電シャフト１としては良好な導電性を有するものであれば、いずれのものも使用し得るが、通常はアルミニウムや鉄、ＳＵＳなどで外径４〜１０ｍｍの金属製円筒体のものが用いるのが好ましい。また、弾性体層の一つの層の厚さは１〜６ｍｍであるのが良い。現像ローラの硬度は、ＡｓｋｅｒＣ硬度２５〜６５°とすることが好ましい。
【００２４】
半導電性層を構成する層のうち、最表面層が樹脂成分と電子導電性物質を含有することが好ましい。
【００２５】
次に上記半導電性弾性層２を被覆する最表面層は具体的にはポリアミド樹脂、フッ素樹脂、水素添加スチレン−ブチレン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、イミド樹脂、オレフィン樹脂等が挙げられる。上記最表面層である半導電性樹脂層３をポリウレタン樹脂で形成すると、このポリウレタン樹脂は摩擦によりトナーを帯電する能力が大きく、且つ耐摩耗性を有しているので好ましく用いられる。最表面層の厚みは弾性層の柔軟性を損なうことがなく、良好な耐摩耗性を有するように３〜１００μｍが好ましい。より好ましくは、最表面層は１０〜３０μｍが良い。
【００２６】
次に、この半導電性弾性層２に導電性を付与するために用いられる電子導電性物質としては、ケッチェンブラックＥＣ，アセチレンブラック等の導電性カーボン、ＳＡＦ，ＩＳＡＦ，ＨＡＦ，ＦＥＦ，ＧＰＦ，ＳＲＦ，ＦＴ，ＭＴ等のゴム用カーボン、酸化処理等を施したカラ−（インク）用カーボン、銅、銀、ゲルマニウム等の金属及び金属酸化物等が挙げられる。これらの電子導電性材料の中で、少量で導電性を制御しやすいカーボンブラックが好んで用いられる。これら導電性粉体は、通常基材１００質量部に対して好ましくは０．５〜５０質量部、より好ましくは１〜３０質量部の範囲で好適に用いられる。このように最表面層に導電性物質として電子導電性物質を用いることで、局所的な部分に関しても良好な電気抵抗特性を有する現像ローラを得ることができる。また、環境変化により電気抵抗変化が少なく、これを原因とする画像悪化も発生しない。現像ローラに現像ブレードが圧接することで、イオン導電性物質が偏在してしまう等して、現像ブレードなどの圧接跡が発生し、画像において横スジなどの不良も起こさない。本願発明では電子導電性物質のみを用いても耐リーク性にも優れた現像ローラを提供することができる。
【００２７】
また、現像ローラとして必要な電気抵抗を得るためには、最表面層を構成する樹脂成分１００質量部に対して導電性物質を１〜７０質量部の割合で配合するのが良い。より好ましくは、１〜５０質量部の割合で用いることができる。
【００２８】
また、本発明は半導電性層を構成する層のうち、最表面層を形成する樹脂成分１００質量部に対するカーボンブラックの含有量をｎ質量部とすると、ｎ×電流総和値／１００００の値が０．０１〜５０ｎＡであることが好ましい。このように、ｎ×電流総和値／１００００の値が０．０１〜５０ｎＡとすることで、リークによる画像不良をより効果的に防止することができる。
【００２９】
また、現像ローラは外周部に塗料を塗布し、塗料が超音波振動を使用して、あらかじめ導電性物質を分散させたものであることが好ましい。なお、超音波分散機としては例えばＢｒａｎｓｏｎ  ８５１０を使用することができる。
【００３０】
特に良好な分散を得るために超音波照射機による分散を用いるのが好ましい。さらに必要に応じて表面粗し材を分散した後、硬化剤もしくは硬化触媒を添加し、攪拌することにより得られる塗料を、スプレー、ディッピング等の方法で塗布する。これによって、ローラ表面のいずれの場所においても、１０Ｖ印加時、５μｍ四方に流れる電流総和値が１．０×１０〜１．０×１０4ｎＡとなる現像ローラが得られるのである。
【００３１】
本発明は、上記現像ローラを有することを特徴とする電子写真プロセスカートリッジに関するものである。
【００３２】
また、表面にトナーを担持してトナー薄膜を形成し、この状態で潜像担持体に接触して潜像担持体にトナーを供給することにより可視化するための現像ローラを有する電子写真画像形成装置において、現像ローラが有することを特徴とする電子写真画像形成装置に関するものである。本願発明にかかる現像ローラは、電子写真画像形成装置に用いることができる。電子写真画像形成装置は図２に示すように、トナーを供給するためのトナー塗布用ローラ６、感光ドラム５を帯電させる帯電ローラ８、静電潜像を保持した感光ドラム５に対応するトナー像を形成する現像ローラ４、トナー塗布用ローラ６により現像ローラ４の表面にトナーが供給され、このトナーをより均一な薄層に整える現像ブレード７からなっており、この状態で現像ローラ４が感光ドラム５と接触しながら回転することにより、薄層に形成されたトナーが現像ローラ４から感光ドラム５の潜像に付着して、潜像が可視化するようになっている。なお、図２中１０は転写部であり、ここで紙等の記録媒体にトナー画像を転写するようになっており、また９はクリーニングブレードであり、これにより転写後に感光ドラム５表面に残留するトナーを除去するようになっている。また、図２中１１は定着ローラであり、トナーを熱と圧力で紙等の記録媒体に定着させるものである。
【００３３】
【実施例】
（実施例１）
外径８ｍｍの芯金を内径１６ｍｍの円筒状金型内に同心となるように設置し、弾性層として液状導電性シリコーンゴム（２液性シリコーンゴム：ＡｓｋｅｒＣ硬度３５度：体積抵抗率１．０×１０＋Ｅ７Ω・ｃｍ）を注型後、１３０℃のオーブンに入れ２０分加熱成型し、脱型後、２００℃のオーブンで４時間２次加硫を行い、弾性層厚み４ｍｍのローラを得た。次に、ポリオール（商品名：ニッポランＮ５０３３、：日本ポリウレタン社製）を濃度１０％となるように、メチルエチルケトンで希釈し、導電性物質としてカーボンブラック（ＭＡ１００（商品名）：三菱化学社製）をポリオールおよび後に添加するイソシアネート化合物の総固形分量１００質量部に対して１５質量部、表面粗し材としてナイロンビーズ（商品名：ＳＰ５００、東レ社製）をポリオールおよび後に添加するイソシアネート化合物の総固形分量１００質量部に対して２０質量部添加、ボールミルで１２時間攪拌分散した後、さらに超音波照射機（８５１０：Ｂｒａｎｓｏｎ販売会社）により１時間分散させた塗料に、イソシアネート化合物（商品名：コロネートＬ、日本ポリウレタン社製）をポリオールに対し１０質量部添加、攪拌してウレタン塗料を作成し、先に成型したローラ上にディッピングにより、膜厚１５μｍとなるように塗布し、８０℃のオーブンで１５分乾燥後、１４０℃のオーブンで４時間硬化し、現像ローラを得た。
（実施例２）
導電性物質としてカーボンブラック（商品名：ＭＡ１００、三菱化学社製）をポリオールおよびイソシアネート化合物の総固形分量１００質量部に対して３０質量部とした以外は実施例１と同様にして現像ローラを得た。
（実施例３）
導電性物質としてカーボンブラック（商品名：ＭＡ１００、三菱化学社製）をポリオールおよびイソシアネート化合物の総固形分量１００質量部に対して４５質量部とし超音波分散を４時間とした以外は実施例１と同様にして現像ローラを得た。
（比較例１）
導電性物質として市販の過塩素酸ナトリウムをポリオールおよびイソシアネート化合物の総固形分量１００質量部に対して２質量部とした以外は実施例１と同様にして現像ローラを得た。
（比較例２）
導電性物質としてカーボンブラック（商品名：ＭＡ１００、三菱化学社製）をポリオールおよびイソシアネート化合物の総固形分量１００質量部に対して５０質量部とした以外は実施例１と同様にして現像ローラを得た。
（比較例３）
導電性物質としてカーボンブラック（ＭＡ１００（商品名）：三菱化学社製）をポリオールおよびイソシアネート化合物の総固形分量１００質量部に対して３０質量部とし、ボールミルを用いずに実施例１と同様にして現像ローラを得た。
＜ローラ電気抵抗の測定＞
上記ローラのローラ電気抵抗測定は、図３に示す電気抵抗測定機を用いて、１００Ｖの電圧印加、ローラ回転数１ｒｐｓにて電気抵抗測定を行い、３０秒間の平均値をローラ電気抵抗値とした。各ローラの電気抵抗測定の結果は表１に示す。
＜電流総和値の測定＞
上記ローラの電流総和値の測定は、ローラ表面を３ｍｍ四方に切断し、サンプル台に導電接着剤で固定し、走査プローブ顕微鏡ＳＰＡ４００（セイコーインスツルメンツ製）のＡＦＭ電流同時測定を行った。カンチレバーとしてはＳＩ−ＡＦ０１−Ｒを用いた。測定条件は走査範囲５μｍ、印加電圧１０Ｖで測定データ数は２５６×２５６で行った。得られた電流像をアスキーデータに変換し、電流値の総和を求めた。各ローラの電流値を表１に示す。
＜リーク画像評価＞
上記ローラのリーク評価は、非画像域に直径０．２ｍｍのピンホールを配した感光体を用い、カラーレーザープリンタにて低温低湿環境（１５℃／１０％ＲＨ）で、ハーフトーン画像の出力を行い、ピンホール部の横スジと、画像のムラを目視により判定した。各ローラの判定結果を表１に示す。
＜セット画像評価＞
上記ローラを平板上に１ｋｇ荷重（芯金両端各５００ｇ荷重）で圧接し、高温高湿環境（４０℃、９５％ＲＨ）下に３０日間放置した後、カラーレーザープリンタを用いて低温低湿環境（１５℃／１０％ＲＨ）にてベタ画像を出力し、画像スジの有無を目視により評価した。各ローラの判定結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】
0003673775.tif 000002
表１に示した結果から明らかなように、実施例においてはローラ表面のいずれの場所においても５μｍ四方に流れる電流総和値を適正化した現像ローラは電荷のリークによる画像不良を効果的に制御することができ、かつセット跡による画像不良も生じず高品位の画像を得ることができることが判明した。比較例３では、実施例２とローラ電気抵抗が同じであってもカーボンブラックの分散が局所的に悪いので、流れる電流総和値が大きく、結果リークによる画像不良を生じている。
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の現像ローラ及びこれを用いた現像装置によれば、リークによる画像不良を効果的に防止することができ、かつ同時にセット跡による画像不良の発生も防止でき、高品位の画像を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の現像ローラの構造を示す断面図である。
【図２】本発明の現像ローラを利用したレーザープリンタの構成を示す概念図である。
【図３】本発明の電気抵抗測定機を示す概念図である。
【符号の説明】
１  芯金
２  半導電性弾性層
３  半導電性樹脂層
４  現像ローラ
５  感光ドラム
６  トナー塗布用ローラ
７  現像ブレード
８  帯電ローラ
９  クリーニングブレード
１０  転写ローラ
１１  定着ローラ
１８  現像ローラ
１９  ＳＵＳドラム
２０  直流電源
２１  内部抵抗
【図１】
0003673775.tif 000003
【図２】
0003673775.tif 000004
【図３】
0003673775.tif 000005