(57)【要約】【課題】永久的な凹変形を低減し、画像の濃度ムラの発生を抑制防止することのできる現像ローラを提供する。【解決手段】円柱の導電軸１の周面に略円筒形の弾性層２と薄い表面層３とをそれぞれ重ねて積層し、弾性層２の圧縮応力緩和率を１％〜７％以下とするとともに、残留圧縮歪率を１％〜５％以下とする。表面層３の硬さをデュロメータ硬さＡ１／１５〜Ａ８０／１５に設定し、この表面層３により弾性層２の外周面を被覆して現像ローラを構成する。そして、この現像ローラを電子写真の画像形成装置に使用する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電軸の周囲に弾性層と表面層とを重ね設け、電子写真の画像形成に使用される現像ローラであって、
弾性層の圧縮応力緩和率を７％以下とするとともに、残留圧縮歪率を５％以下とし、表面層の硬さをデュロメータ硬さＡ１／１５〜Ａ８０／１５に設定し、この表面層により弾性層を被覆するようにしたことを特徴とする現像ローラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式を利用した複写機やプリンタ等からなる画像形成装置の現像ローラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来における電子写真方式の画像形成装置は、図示しないが、帯電ローラにより感光体ドラムの表面を一様、かつ均一に帯電させ、露光装置により感光体ドラムの表面に静電潜像を形成し、この静電潜像にトナーを現像ローラで付着させ、静電潜像を可視像化してトナー像を形成する。そして、トナー像を転写ローラで記録紙等の媒体に転写し、定着装置により定着する。
【０００３】
この種の画像形成装置は、感光体ドラムに現像ローラが接触あるいは近接対向した状態で回転可能に軸支され、この現像ローラに回転可能なトナー搬送ローラが接触軸支されるとともに、現像ローラにブレードの先端部が摺接する（特許文献１参照）。また、トナーカートリッジのトナーが現像ローラに搬送ローラを介して供給され、回転する現像ローラに摺接するブレードによりトナーが一様、かつ均一に薄層化され、所定の極性に帯電させられてトナー像を形成する。トナーは、感光体ドラムと現像ローラとの間の現像部に送られ、感光体ドラムの静電潜像に電気的に付着し、静電潜像を可視像化してトナー像となる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２‐３３３７７２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の現像ローラは、以上のように構成され、画像形成装置の作動時のみならず、停止時にも感光体ドラム、トナー搬送ローラ、ブレードにトナーを介し局部的に圧接されるので、圧接部の表面に永久的な凹変形が生じてしまうという問題がある。この結果、画像形成装置を再度作動させた場合に、現像ローラ表面の永久的な凹変形部において、現像ローラと感光体ドラム、トナー搬送ローラ、ブレードとのニップ間隔が変動し、現像ローラの凹変形部にトナー搬送ローラにより供給されたトナーが均一に薄層化されないまま感光体ドラムに付着し、感光体ドラム上にトナー厚みの不均一なトナー画像が形成される。したがって、最終的に媒体に転写されたトナー像もトナー厚みが不均一となり、画像の濃度ムラを招くこととなる。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みなされたもので、永久的な凹変形を低減し、画像の濃度ムラの発生を抑制防止することのできる現像ローラを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、上記課題を達成するため、導電軸の周囲に弾性層と表面層とを重ね設け、電子写真の画像形成に使用されるものであって、
弾性層の圧縮応力緩和率を７％以下とするとともに、残留圧縮歪率を５％以下とし、表面層の硬さをデュロメータ硬さＡ１／１５〜Ａ８０／１５に設定し、この表面層により弾性層を被覆するようにしたことを特徴としている。
【０００８】
ここで特許請求の範囲におけるデュロメータ（Ｄｕｒｏｍｅｔｅｒ）とは、ゴム材料や合成樹脂等に使用するスプリング式硬さ試験機の一種をいう。また、本発明に係る現像ローラは、少なくとも電子写真方式を利用した複写機やプリンタ等からなる画像形成装置に使用される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明すると、本実施形態における現像ローラは、図１に示すように、導電軸１の周面に略円筒形の弾性層２と薄い表面層３とをそれぞれ重ねて積層し、弾性層２の圧縮応力緩和率を１％〜７％以下とするとともに、残留圧縮歪率を１％〜５％以下とし、表面層３の硬さをデュロメータ硬さＡ１／１５〜Ａ８０／１５に設定し、この表面層３により弾性層２の外周面を被覆し、電子写真の画像形成装置に使用される。
【００１０】
導電軸１は導電性の材料により円柱形に構成される。この材料としては、特に限定されるものではないが、例えば鉄、アルミ、ＳＵＳ、真鍮により構成される芯金、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂の芯体の表面に金属皮膜をメッキ処理したもの、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂の芯体の表面に金属皮膜を蒸着処理したもの、あるいは熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂にカーボンブラックや金属粉末等からなる導電付与剤を配合したもの等があげられる。
【００１１】
弾性層２の材料としては、特に限定されるものではないが、例えば耐熱性に優れる低硬度のシリコーンゴム、エチレン‐プロピレン‐ジエンゴム、ポリウレタン、クロロプレンゴム、天然ゴム、ブチルゴム、ポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレン‐ブタジエンゴム、ニトリルゴム、エチレン‐プロピレンゴム、アクリルゴム、これらの混合物のゴム又はエラストマーのいずれか一以上に煙霧質シリカ、沈降性シリカ、補強性カーボンブラック等の充填剤、導電性カーボンブラック、ニッケル、アルミニウム、銅等の金属粉末、酸化亜鉛、酸化錫等の金属酸化物、硫酸バリウム、酸化チタン、チタン酸カリウム等の芯材に酸化錫をコーティングした導電性充填剤等を配合し、パーオキサイド、白金触媒の存在下でのハイドロジェンシロキサン、イソシアネート等の加硫剤と一緒に混練したもの等があげられる。
【００１２】
弾性層２は、ＪＩＳＫ‐６２６３における加硫ゴムの応力緩和試験による値が７％以下に調整される。また、この試験後における残留圧縮歪率の測定試験の測定値が５％以下とされる。これは、弾性層２の圧縮応力緩和率が７％を超え、残留圧縮歪率が５％を超えると、圧接に伴う凹み変形量が増大して印字の濃度ムラを招き、実用に耐えない画像となるからである。
【００１３】
表面層３の材料としては、アミノ基、及び又は水酸基を有する材料が最適である。具体的には、アルキッド樹脂、フェノール変性・シリコーン変性等のアルキッド樹脂変性物、オイルフリーアルキッド樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ウレタン樹脂及びこれらの変性物等があげられる。
【００１４】
表面層３の硬さは、デュロメータによるデュロメータ硬さでＡ１／１５〜Ａ８０／１５の範囲に調整される。これは、Ａ１／１５未満の場合には、表面層３が柔らか過ぎて耐久性に問題が生じるからである。逆に、Ａ８０／１５を超える場合には、耐久性を確保することができるものの、硬すぎて感光体ドラムを損傷させるからである。
【００１５】
上記構成によれば、弾性層２の圧縮応力緩和率を１％〜７％以下とするとともに、残留圧縮歪率を１％〜５％以下とし、弾性層２の外周面を被覆する表面層３の硬さをデュロメータ硬さＡ１／１５〜Ａ８０／１５の範囲に調整するので、現像ローラの永久的な凹変形を著しく低減することができる。したがって、現像ローラ上のトナー厚みムラが発生しにくく、濃度ムラのきわめて少ない良好な画像を得ることができる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明に係る現像ローラの実施例について比較例と共に説明する。
実施例１
先ず、導電軸として、ＳＵＭ２２に無電解ニッケルメッキした直径１０ｍｍ、長さ３００ｍｍのシャフトを使用した。このシャフトには、シリコーン系プライマー〔信越化学株式会社製：商品名プライマーＮｏ．１６〕を塗布し、ギヤーオーブン中で１５０℃、１０分の条件で焼付け処理を実施した。
【００１７】
弾性層の形成に際しては、メチルビニルシリコーン生ゴム〔信越化学株式会社製：商品名ＫＥ‐７６ＶＢＳ〕２０質量部に、カーボンブラック〔旭カーボン株式会社製：商品名アサヒサーマル〕１０質量部、煙霧質シリカ系充填剤〔日本アエロジル株式会社製：商品名ＡＥＲＯＳＩＬ２００〕１５質量部、白金触媒〔信越化学株式会社製：商品名Ｃ‐１９Ａ〕０．５質量部、ハイドロジェンシロキサン〔信越化学株式会社製：商品名Ｃ‐１９Ｂ〕２．０質量部を添加し、加圧ニーダで混練してシリコーンゴム組成物を調製した。
【００１８】
次いで、押出機でクロスヘッドを用い一体化して分出しし、ギヤーオーブン中で３００℃、１５分の条件で加熱加硫し、その後、導電軸にφ２２ｍｍの大きさで加硫接着成形した。加硫接着成形したら、ギヤーオーブン中で２００℃、４時間の条件で二次加硫し、円筒研削盤で外周を研磨してφ２０ｍｍ、長さ２５０ｍｍのローラ基材を作製した。
【００１９】
表面層の形成に際しては、ウレタン系塗料〔日本ポリウレタン株式会社製：商品名ニッポラン５１９６：不揮発分３０％〕１００質量部に、充填剤として無水シリカ〔日本アエロジル株式会社製：商品名ＡＥＲＯＳＩＬ２００〕１５質量部を添加し、ポットミルで８時間攪拌・分散させた。そして、ポリイソシアネート系架橋剤〔日本ポリウレタン株式会社製：商品名コロネート‐Ｌ〕１０質量部を添加してローラ基材の弾性層をコーティングし、１５０℃×３０ｍｉｎの条件で加熱硬化させて表面層を形成し、実施例１の現像ローラを作製した。
【００２０】
現像ローラの弾性層に関し、加硫ゴムの応力緩和試験方法ＪＩＳＫ‐６２６３に基づく試験を実施したところ、圧縮応力緩和率がＲｃ（２４）３．６％であった。また、この試験後に応力を開放した直後の圧縮歪量に対する残留圧縮歪率は２．２％であった。また、表面層の硬さは、デュロメータによるデュロメータ硬さでＡ５０／１５だった。
【００２１】
実施例２
先ず、実施例１と同様に導電軸と弾性層とを形成した。表面層の形成に際しては、熱可塑性ポリウレタンエラストマー〔武田パーティシェウレタン工業株式会社製：商品名Ｃ６０Ａ１０Ｗ〕３０質量部に、充填剤として無水シリカ〔日本アエロジル株式会社製：商品名ＡＥＲＯＳＩＬ２００〕１５質量部を添加するとともに、シクロヘキサノン１００質量部を加え、ポットミルで８時間攪拌・分散させた。そして、ローラ基材の弾性層にスプレーコーティングし、１００℃×３０ｍｉｎに条件で乾燥させて表面層を形成し、実施例２の現像ローラを作製した。
【００２２】
この現像ローラの弾性層に関し、加硫ゴムの応力緩和試験方法ＪＩＳＫ‐６２６３に基づく試験を実施したところ、圧縮応力緩和率がＲｃ（２４）３．６％であった。また、この試験後に応力を開放した直後の圧縮歪量に対する残留圧縮歪率は２．２％だった。また、表面層の硬さは、デュロメータによるデュロメータ硬さでＡ６０／１５だった。
【００２３】
比較例１
実施例１と同様に導電軸を形成した。弾性層の形成に際しては、ジメチルシリコーン生ゴム〔信越化学株式会社製：商品名ＫＥ‐７６ＶＢＳ〕５０質量部に、カーボンブラック〔旭カーボン株式会社製：商品名アサヒサーマル〕１０質量部、煙霧質シリカ系充填剤〔日本アエロジル株式会社製：商品名ＡＥＲＯＳＩＬ２００〕１５質量部、白金触媒〔信越化学株式会社製：商品名Ｃ‐１９Ａ〕０．５質量部、ハイドロジェンシロキサン〔信越化学株式会社製：商品名Ｃ‐１９Ｂ〕２．０質量部を添加し、加圧ニーダで混練してシリコーンゴム組成物を調製した。
【００２４】
次いで、押出機でクロスヘッドを用い一体化して分出しし、ギヤーオーブン中で３００℃、１５分の条件で加熱加硫し、その後、導電軸にφ２２ｍｍの大きさで加硫接着成形した。加硫接着成形したら、ギヤーオーブン中で２００℃、４時間の条件で二次加硫し、円筒研削盤で外周を研磨してφ２０ｍｍ、長さ２５０ｍｍのローラ基材を作製した。
【００２５】
表面層の形成に際しては、ウレタン系塗料〔日本ポリウレタン株式会社製：商品名ニッポラン５１９６：不揮発分３０％〕１００質量部に、充填剤として無水シリカ〔日本アエロジル株式会社製：商品名ＡＥＲＯＳＩＬ２００〕３０質量部を添加し、ポットミルで８時間攪拌・分散させた。そして、イソシアネート系架橋剤〔日本ポリウレタン株式会社製：商品名コロネート‐Ｌ〕２０質量部を添加してローラ基材の弾性層をコーティングし、１５０℃×３０ｍｉｎの条件で加熱硬化させて表面層を形成し、比較例１の現像ローラを作製した。
【００２６】
現像ローラの弾性層に関し、加硫ゴムの応力緩和試験方法ＪＩＳＫ‐６２６３による試験を実施したところ、圧縮応力緩和率がＲｃ（２４）９．０％であった。また、この試験後に応力を開放した直後の圧縮歪量に対する残留圧縮歪率は６．０％であった。また、表面層のデュロメータ硬さはＡ９０／１５であった。
【００２７】
比較例２
先ず、比較例１と同様に導電軸と弾性層とを形成した。表面層の形成に際しては、熱可塑性ポリウレタンエラストマー〔武田パーティシェウレタン工業株式会社製：商品名Ｃ９０Ａ〕３０質量部に、充填剤として無水シリカ〔日本アエロジル株式会社製：商品名ＡＥＲＯＳＩＬ２００〕１５質量部を添加するとともに、シクロヘキサノン１００質量部を加え、ポットミルで８時間攪拌・分散させた。そして、ローラ基材の弾性層にスプレーコーティングし、１００℃×３０ｍｉｎに条件で乾燥させて表面層を形成し、比較例２の現像ローラを作製した。
【００２８】
この現像ローラの弾性層に関し、加硫ゴムの応力緩和試験方法ＪＩＳＫ‐６２６３による試験を実施したところ、圧縮応力緩和率がＲｃ（２４）９．０％であった。また、この試験後に応力を開放した直後の圧縮歪量に対する残留圧縮歪率は６．０％であった。さらに、表面層のデュロメータ硬さはＡ９１／１５であった。
【００２９】
弾性層の圧縮応力緩和率は、ＪＩＳに定められている応力緩和試験方法（ＪＩＳＫ‐６２６３）に基づき測定した。具体的な試験方法は以下の通りである。
試験の種類：Ａ法
試験片の形状及び寸法：外径１３ｍｍ、高さ６．３ｍｍ
試験片の採取作成方法：導電層と同材質のゴムを６．３ｍｍの厚さに成形、加硫した後、打ち抜き型により打ち抜いて採取した。
試験片の数：３ヶ
試験温度と時間：２４℃、２４時間
圧縮歪：１５％
試験機の種類：株式会社オリエンテック製、商品名ロードセルＵＲ‐２５Ｌ
滑剤使用の有無：なし
【００３０】
表面層の硬さは、ＪＩＳに定められている加硫ゴムの硬さ試験方法（ＪＩＳＫ‐６２６３）に基づき測定した。具体的な試験方法は以下の通りである。
デュロメータのタイプ：Ａ
試験片の形状及び寸法：外径２５ｍｍ、厚み１０ｍｍ
試験片の採取作成方法：表面層に使用される材料を内径２５ｍｍの容器内に注入して硬化させ、取り出して試料とした。
【００３１】
検討結果
実施例１、２の現像ローラと比較例１、２の現像ローラとを電子写真方式のプリンタに組み込み、初期印字で問題ないことを確認した後、常温・常湿下で７日間放置した。そしてその後、印字を行い、現像ローラの凹変形に伴う印字濃度ムラを目視判定により評価した。
その結果、実施例１、２の現像ローラを使用した場合には、印字濃度ムラの発生は生じなかった。これに対し、比較例１、２の現像ローラを使用した場合、印字濃度ムラを確認した。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、弾性層の圧縮応力緩和率を７％以下にするとともに、残留圧縮歪率を５％以下とし、表面層の硬さをデュロメータ硬さＡ１／１５〜Ａ８０／１５に設定し、この表面層により弾性層を被覆するので、永久的な凹変形を低減し、画像の濃度ムラの発生を有効に抑制あるいは防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る現像ローラの実施形態を示す模式断面説明図である。
【符号の説明】
１          導電軸
２          弾性層
３          表面層
【図１】
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