(57)【要約】【課題】  電子写真装置用導電性ローラにおいて、出力画像に濃度ムラの発生しない、優れた初期抵抗特性を判別できる抵抗測定法を提供する。【解決手段】  前記ローラの任意の軸方向位置における単一電極か、又は前記ローラの軸方向に２〜７分割した複数電極において、同時に電流を測定することにより取得した各々の電流ゆらぎに対して周波数解析を行う。その方法において、半径ｒの前記ローラを周期１ｓｅｃで回転させて測定される電流に対してハードウェア処理又はフーリエ変換を施して、その際の電流値をＩ、電流ゆらぎにおける全周波数成分の総和をＳ１、周波数３ｒ／８〜３ｒ／４Ｈｚの成分の和をＳ２と置いたときに、次式を用いる。【数１】2005250126.tif 000009【選択図】図１
2005250126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子写真装置用導電性ローラの抵抗測定方法において、前記ローラの任意の軸方向位置における単一電極か、又は前記ローラの軸方向に２〜７分割した複数電極において、同時に電流を測定することにより取得した各々の電流ゆらぎに対して周波数解析を行うことを特徴とする抵抗測定方法。
【請求項２】
前記ローラの半径がｒであるとき、前記ローラを周期１ｓｅｃで回転させて測定される電流に対してハードウェア処理又はフーリエ変換を施して、その際の電流値をＩ、電流ゆらぎにおける全周波数成分の総和をＳ１、周波数３ｒ／８〜３ｒ／４Ｈｚの成分の和をＳ２と置いたときに、次式
【数１】
2005250126.tif 000008
を判定式として用いることを特徴とする請求項１に記載の抵抗測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真装置用導電性ローラの抵抗測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ・複写機等の電子写真装置における潜像の現像方式の１つとして一成分現像方式が知られている。この方式は例えば特許文献１や特許文献２などにみられるが、その中には導電性弾性体ローラを使用した現像方法が存在する。画像形成工程においては画像形成体を帯電させる手段として接触式の帯電ローラが用いられ、該画像形成体の表面に電荷を生じさせる。こうして生じた電荷のうち一部が除電されることで、該画像形成体の表面に静電潜像が形成される。一方でトナーを該画像形成体上に搬送する手段としては現像ローラが用いられ、該現像ローラを表面にトナーが担持された状態で該画像形成体の表面に接触又は近接させることにより、静電潜像が現像される。これらの工程で用いられる導電性ローラには、該画像形成体に均一の電荷を供給、或いはトナーを用いてムラなく該画像形成体上で現像させる必要があり、このため該画像形成体との間には常に安定した、所定の放電領域や現像領域をもって接触又は近接していることが求められる。さらに現像ローラの場合には、その表面に層厚規制部材を均一に当接させる必要があり、これによってトナーが薄層化して均一にローラ表面に担持されていく。
【０００３】
上記のごとき均一な帯電とトナーによる現像のためには安定した物理特性が不可欠であり、それが欠如するとローラピッチの濃度ムラ等、様々な画像不良が発生する。このため導電性ローラが満たすべき物理特性として、様々な提案がなされてきている。代表的な管理特性の一つとしてはローラ抵抗があり、このムラを抑える方向についての改良は例えば特許文献３においてその例を見ることができる。
【０００４】
しかしながら近年における電子写真装置の著しい進歩は装置の高速化、画質の高品位化を生んでいるので、導電性ローラに要求される特性はさらに高度なものとなってきている。ローラの抵抗を管理する際にはその大きさを管理するだけでは厳しくなりつつある。特許文献３に見られるようにムラの大きさで品質を保つことを目指しても、単にそれだけでは制限がきつくなり過ぎ、実用的でなくなってしまうレベルに達している。あるいはローラの劣化による特性の変化まで考慮すれば、これだけの管理をしても多数の画像を出力しているうちに出力画像に局所的な濃度ムラが発生するような場合さえも存在する。
【０００５】
近年の導電性ローラはこの困難な課題を完全に解決したものが求められているのであるが、導電性ローラの製造効率・コスト及び劣化による特性変化を考え合わせるとムラの大きさのみの管理による課題解決は至難である。従って、要求特性は劣化の影響をも考慮に入れた上でなるべく過剰な制限の無い形に見直された上で製品に盛り込まれるべきであり、そのためにさらなる工夫が不可欠であるものと思われた。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５２−１２５３４０号公報
【特許文献２】特許第２８７９９６２号
【特許文献３】特開平１１−３１１８９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上の状況を鑑みた本発明の目的は、継続使用による如何なる劣化によっても出力画像に濃度ムラの発生しない、優れた抵抗特性をもつ導電性ローラを効率良く抽出できる測定法を提供することにある。より具体的には、主としてローラ表面への紙粉やトナー等の付着によって起こる極度の抵抗変化によっても出力画像に濃度ムラの発生しない、優れた初期抵抗特性を判別できる抵抗測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは上記の課題を解決すべく、検討を進めてきた。するとローラ全面にわたっての抵抗を測定し、その上下限を確認する方法は性能を追求すればレンジが狭くなり過ぎてローラの実用化に困難をきたす一方で、劣化まで考慮すると必ずしも充分な条件を設定できる訳ではないことが判明した。抵抗測定における真の目的は初期における画像特性を満足させることにあるのではなく、むしろ主として劣化による濃度ムラ、すなわちローラ表面の部分部分において紙粉やトナー等の付着物が生じた結果もたらされる出力画像のムラの抑制にある。従ってローラ表面へのこういった付着ムラの発生し易さが物理的に過不足なく予測できるような測定方法を新たに導入しなければならない。付着物によって変化したローラ表面の状態の違いが出力画像において決定的な濃度の差として認識されると本発明者らは考えており、抵抗の測定方法を確定するにあたってはローラの劣化と出力画像の因果関係についてもっと詳細な考察が必要であると思われた。
【０００９】
本発明者らはさらに検討を進めた。その結果、使用前の導電性ローラにおいて抵抗の大きさがさほど大きくなく、且つ抵抗ムラが局在した充分に大きなものでなければ、前述した濃度ムラの困難を避けられることが判明した。局所的に抵抗が高い領域が存在するとその部分に電荷が溜まり易くなり、帯電した紙粉やトナー等はより付着し易くなる。まとまった量の付着が起きればそこはさらに高抵抗化し、より付着が促進される。周辺部も同様の付着により抵抗の上昇が見られるが抵抗差としては拡大し、それによって付着量の差はより増大していき、遂には画像形成体への帯電やトナーによる静電潜像の現像が均一に行われなくなる。このような現象が生じる境界を定量的に把握した上で導電性ローラを設計すれば、作られるローラは継続使用による劣化に耐え、出力画像に濃度ムラを生じず且つ最大の生産効率で製造できるものとなる。
【００１０】
上記の局所的な抵抗の変動要因を最大洩らさず捕捉するためには、抵抗ムラについてはできるだけ細分して測定されることが望ましい。導電性ローラは製法によっては周方向のムラと共に軸方向にも大きなムラを持つものであるので、軸方向に細かく分割され且つそれらの各々について周方向の抵抗ムラが詳細に評価できるものでなければならない。また、軸方向に分割されたそれぞれの領域において評価される周方向抵抗ムラは単に上下限で判断されるのではなく、その局在の度合いが定量的に論じられる必要がある。
【００１１】
局在の度合いが大きいということはすなわち特定のピッチのムラが強めに出ることである。このような特定のピッチムラの強度を選択的に抽出するために適した手法の一つはフーリエ変換である。ローラの回転数を固定し、得られる電流の時系列データをフーリエ変換によって周波数データに変換すれば、電流ゆらぎの中でどの周波数成分が大きく含まれているかが判る。周波数とローラピッチとは、ローラ半径ｒについての関係式によって対応付けられているので、この変換された周波数データのうちの特定周波数範囲に注目して強度の和を求めれば、ローラ上の特定範囲のピッチムラがどの程度効いているのかが判る。特定の周波数範囲について強度の和を求めるだけでなく、さらに全周波数にわたる強度の総和に対する比率を求めれば、視覚的に目立つピッチとの対応がより良く取れるようになる。このようにして視覚的な抵抗ムラのデータを定量的な数値特性へと置換することで抵抗ムラの測定結果をより画像品質と関係の深いものにすることができる。
【００１２】
また電流値そのものも濃度ムラに影響することから、上述した電流ゆらぎと同時に論じられる必要がある。これも組み入れた時にローラの抵抗特性を表す最も単純な関係式は、式（１）に示すとおりとなる。すなわち、電子写真装置用導電性ローラをφ３０の仮想ドラムに接触させ、該ローラが有する金属製軸芯体の両端部で片側５００ｇＷずつの加重をかけて密着させる。該仮想ドラムは単一か、希望する２〜７の分割数で分割された幅２ｃｍの電極を有しており、該ローラは周期１ｓｅｃで回転させる。各々の電極に電圧２００Ｖをかけたときに測定される電流値をＩ（μＡ）、その時の電流ゆらぎについて全周波数成分の総和をＳ１、周波数３ｒ／８〜３ｒ／４Ｈｚの成分の和をＳ２として、Ｓ１に対するＳ２の割合を（Ｓ２／Ｓ１）（％）としたときに、次式を満たすことである。
【００１３】
【数２】
2005250126.tif 000003
【発明の効果】
【００１４】
上に示したとおり、電流ゆらぎの特性と電流値とを合成した特性を適切な詳細さで調査できるような測定装置を導入すれば、電子写真装置用導電性ローラについて継続した使用による画像特性の劣化の有無を予見でき、局所的な濃度ムラの発生し難い優れたローラを得るために最大限の効率化を図ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の測定法は、必要に応じて軸方向に細分化し、周方向については特定ピッチのムラの大きさを調査する電子写真装置用導電性ローラの抵抗ムラ測定法である。この測定方法により電子写真装置用導電性ローラにおいて画像不良として表れやすい抵抗ムラを効率的に検出し、最大限の能率を上げることを目的とする。
【００１６】
この目的を達成するための抵抗測定用電極は幅２ｃｍの単一電極か必要に応じた数だけ軸方向に分割されたものであり、その各々のブロックで独立して抵抗の特性が評価できるようになっている。分割される場合の分割数は２〜７分割で、その測定位置と共に必要に応じて適宜選べばよい。測定機としての構成は例えば軸方向の分割数を３とすれば図１に示すようになっており、各々の電極の後段には基準抵抗４が存在し両端電圧を電圧計により読み取る。この測定機に電圧を印加することで同時に複数箇所の電圧を読み取り電流値に変換できる。その際導電性ローラは金属製軸芯体の両端部で片側５００ｇＷずつの加重をかけられて密着しており、仮想ドラムは従動により回転する導電性ローラの回転周期が１ｓｅｃとなるようなスピードで駆動回転させる。この際の各々の測定位置における導電性ローラの抵抗ムラが電流ゆらぎという形で測定され、電流値と共にブロック毎に評価されることになる。
【００１７】
電流ゆらぎについてはフーリエ変換処理を施し、特定周波数範囲のデータについての和を取って全周波数成分に対する比率を計算する。特定の周波数範囲とは、劣化により画像に影響を及ぼす導電性ローラの周方向抵抗ムラに対応した周波数範囲のことである。これはローラが１ｓｅｃに１回転することからローラ半径ｒ（ｍ）の関数になる。導電性ローラ表面に局在的に大きな電流ゆらぎがあれば、そのうちで抵抗の大きいところにより多くの付着物を生じると考えられるが、そのゆらぎの周期がローラの全周に及ぶほどなだらかなものであれば画像上濃度ムラとして人間の目に認識できるほどの急峻な付着量の変動を生じない。また逆に、ゆらぎの周期が小さければ概ね抵抗ムラの大きさとしては小さくなり、濃度差として現れ難くなる。以上のことから特定の周波数範囲は大き過ぎず、小さ過ぎず、すなわち、中庸なピッチをもつムラに対応することになる。
【００１８】
以上の比率計算は電流の時系列データをＡ／Ｄ変換してコンピュータ等に入力し、高速フーリエ変換処理を行うのが一般的である。しかしながらフーリエ変換処理をコンピュータ等で行わずに、その信号にバンドパスフィルタ等のハードウェアによる処理を行って結果を得てもよい。また、抵抗の大きさ、すなわち電流値についても注目する必要があり、電流値の大きい方が電荷の拡散が生じ易く、従って付着量に局所的な差が生じ難くなり、局所的濃度ムラを回避し易くなる。以上の電流ゆらぎと電流値とは同時に評価できるよう、１つの関係式に組み入れられなければならない。
【００１９】
以上電流ゆらぎと電流値の２条件を満足するために必要な条件は式（１）となる。
【００２０】
【数３】
2005250126.tif 000004
【００２１】
すなわち、電子写真装置用導電性ローラをφ３０の仮想ドラムに接触させ、該ローラが有する金属製軸芯体の両端部で片側５００ｇＷずつの加重をかけて密着させた時、中庸なピッチをもつムラの、電流ゆらぎ全体内で占めている割合が一定値以下であって、電流値が一定以上である。該仮想ドラムは希望する分割数により単一か、２〜７分割された幅２ｃｍの電極を有しており、該ローラは周期１ｓｅｃで回転する。電極の数は特に必要が無ければ中央部等、必要な箇所１箇所に代表させてもよいが、可能ならば少なくとも３箇所はあった方が軸方向のムラが確認できてよい。Ｉ（μＡ）は各々の電極に電圧２００Ｖをかけたときに測定される電流値であり、その時の電流ゆらぎについては全周波数成分の総和をＳ１、周波数３ｒ／８〜３ｒ／４Ｈｚの成分の和をＳ２として、Ｓ１に対するＳ２の割合を（Ｓ２／Ｓ１）（％）としている。Ｓ２を計算する際の周波数範囲３ｒ／８〜３ｒ／４が、ローラ劣化時に出力画像の濃度ムラとして認識されやすい抵抗ムラのピッチから計算されたものである。
【００２２】
継続した使用によっても劣化による局所的な濃度ムラを生じない導電性ローラは、以上のような測定において上記式（１）を満たすか否かで判別できることを見出し、ここに本発明を完成するに至った。
【００２３】
以下、実施例・比較例を示して発明の効果をより明らかにするが、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。
【実施例１】
【００２４】
金属製軸芯体の径８ｍｍ、ローラ径１６ｍｍの現像ローラ及び金属製軸芯体の径６ｍｍ、ローラ径１２ｍｍの現像ローラを作製し、以下の構成にするとともに各現像ローラの軸方向５点における電流値および電流ゆらぎを測定して数式（１）の左辺の値を計算し、画像との対応関係を調べた。表１に結果を示す。電流の時系列データを取得する際のサンプリングタイムは１０ｍｓｅｃであり、Ｓ２を計算する際の周波数範囲はローラ径１６ｍｍのものに対して３〜６Ｈｚ、ローラ径１２ｍｍのものに対して２．２５〜４．５Ｈｚである。画像を出力するに際しては、測定した現像ローラを電子写真方式のプリンタ用カートリッジに組み込み、プリンタにて１枚画像を出力しては１秒停止する、といった方式の印刷を４０００枚行い、出力画像に局所的な濃度ムラが発生しないか否かを調査している。
【００２５】
本実施例における現像ローラは、金属製の軸芯体とその周囲に導電性弾性層を配し、更に該弾性層の外周上に一層の被覆層を配する構造をしている。該現像ローラの導電性弾性層としては、導電性フィラーを含有する弾性層であってもよく、またイオン導電性ゴムからなる弾性体であってもよい。今回は導電性フィラーを含有するシリコーンゴムの弾性層を用い、主剤としてジメチルポリシロキサン、硬化剤としてジメチルハイドロジェンポリシロキサンを等量ずつ用いる。これら１００質量部のゴムに対してケッチェンブラック１０質量部を加え、フィラーは３０質量部混合する。金属製軸芯体を組込んで１００℃で予備加熱を行っている成形機にこれらを注入して硬化後冷却、脱型した後で再度加熱を行って二次硬化をさせることにより成形する。
【００２６】
被覆層としてはまずポリエステルポリオールとトルエンジイソシアナートからなるエステル系ポリウレタン樹脂１００質量部をＭＥＫに溶解させ、これにケッチェンブラックを１０質量部加えたものと１２質量部加えたものを別々に用意してそれぞれ混合させる。これにより完成後のローラ抵抗は被覆層の種類によって２種類に分かれることになる。各々はビスコミルにて５時間分散させた後、平均粒径６μｍのウレタン粒子を４５質量部加えて再度２時間分散させる。溶液は粘度と引き上げ速度を適切に調整することで膜厚を調節することが出来る。この溶液に上記金属製軸芯体に配した導電性フィラー含有のシリコーンゴム弾性体層を浸漬させ、引き上げることで塗工した。以上の現像ローラはローラ径毎に１２本ずつ用意し、電流値及び抵抗ムラにバラツキを持たせている。
【００２７】
〔比較例１〕
上記実施例のサンプルを電流値の大きい順に並べ、画像との対応関係を調べた。表２に示す。
【００２８】
〔比較例２〕
上記比較例１のデータを抵抗ムラの大きい順に並べ、画像との対応関係を見ている。表３に示す。
【００２９】
４０００枚画像出力後の黒色カートリッジで、評価画像でＤローラピッチの局所的濃度ムラの有無を調べた。局所的濃度ムラの評価欄においては以下のように分類してある。
〇：濃度ムラが認められなかった。
△：６００ｄｐｉ・ハーフトーンにおいて軽度のＤローラピッチの局所的濃度ムラが認められた。
×：６００ｄｐｉ・ハーフトーンにおいてＤローラピッチの局所的濃度ムラが目立った。
【００３０】
【表１】
2005250126.tif 000005
【００３１】
【表２】
2005250126.tif 000006
【００３２】
【表３】
2005250126.tif 000007
【００３３】
実施例に比べて、比較例１〜２では濃度ムラと電流値・抵抗ムラとでおおよその対応は取れているものの明瞭さに欠ける結果となっている。よって確実に濃度ムラを予測するためには実施例の手法が極めて有効である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
導電性ローラの抵抗特性の測定が容易になり、この分野の開発促進に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明における導電性ローラの電流ゆらぎ測定機とその測定法を示す概念図。
【符号の説明】
【００３６】
１：導電性ローラ
２：仮想ドラム
３：電極
４：基準抵抗
【図１】
2005250126.tif 000010