(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
良導電性シャフトの外周に導電層を形成してなる現像ローラにおいて、上記導電層がポリウレタンに導電材を配合した組成物からなり、該導電層の表面は長手方向が軸方向に沿う波すじを有しており、該波すじが、上記現像ローラを研磨加工することにより、上記現像ローラの回転方向に沿って形成された微小な凹凸であり、前記導電層の前記現像ローラの回転方向におけるＪＩＳ１０点平均粗さＲｚが、軸方向のそれよりも大きく、前記凹凸の高さが６．４〜１１．３μｍであり、それぞれの波すじの平均間隔が３０〜８０μｍであることを特徴とする現像ローラ。
【請求項２】
前記現像ローラが、弾性体表面に非磁性一成分現像剤を担持して該現像剤の薄膜を形成し、この状態で静電潜像を表面に保持した潜像保持体に接触して、該静電潜像を可視化する現像ローラである請求項１記載の現像ローラ。
【請求項３】
請求項１又は２記載の現像ローラを用いたことを特徴とする現像装置。
【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、プリンタ等の電子写真装置や静電記録装置等における現像ローラ及び現像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子写真技術の進歩に伴い、電子写真各プロセスで利用される導電性部材に対する要求も高まっており、とりわけ現像装置に利用される現像ローラが注目されている。このような現像ローラに必要とされる特性は所定の電気抵抗値であるのみでなく、種々の現像機構に適した特性を付加することが必要である。
【０００３】
従来、現像剤（以下、トナーと呼ぶ）として非磁性一成分現像剤を用いる場合の現像方法としては、潜像を保持した感光ドラム等にトナーを供給し、感光ドラムの潜像にトナーを付着させて潜像を可視化する現像方法（加圧現像法）が知られており、この方法によれば、磁性材料が不要であるため装置の簡素化、小型化が容易であると共に、トナーのカラー化が容易である。
【０００４】
この加圧現像法は、トナー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静電保持体に接触させて、トナーを静電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を導電性を有する弾性体で形成する必要がある。
【０００５】
即ち、この加圧現像方法では、例えば図２に示されているように、トナーを供給するためのトナー塗布用ローラ４と静電潜像を保持した感光ドラム５との間に、現像ローラ１が感光ドラム５と接触した状態で、これらの現像ローラ１、感光ドラム５及びトナー塗布用ローラ４がそれぞれ図中矢印方向に回転することにより、トナー６がトナー塗布用ローラ４により現像ローラ１の表面に供給され、このトナーが成層ブレード７により均一な薄層に整えられ、この状態で現像ローラ１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１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、図中８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はクリーニング部であり、そのクリーニングブレード１０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。
【０００６】
この場合、現像ローラ１は、感光ドラム５に密着した状態を確実に保持しつつ回転しなければならず、このため図１に示されているように、金属等の良導電性材料からなるシャフト２の外周にシリコーンゴム、ＮＢＲ、ＥＰＤＭ等の弾性ゴムやウレタンフォーム等のスポンジ体等に導電剤を配合して導電性を付与した弾性体からなる導電層３を形成した構造となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の現像ローラ、特に単層の弾性層からなる現像ローラは以下の欠点があった。１．シリコーンゴム、ＮＢＲ、ＥＰＤＭ等の弾性ゴムで弾性層を形成した場合、研磨性が良好であるため、現像ローラ製造時の研磨のわずかな不均一性により、ローラ上のトナー搬送量の位置ばらつきが生じる。２．上記ローラを用いて長時間使用した場合、現像グレード、感光体との摩擦により表面が減耗しやすく、それによる表面平滑化のためトナー搬送量が低下する。以上の結果、画像濃度にむらを生じたり、長時間の使用により文字細り等が発生する。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、ローラの表面状態を改良することにより、トナー搬送量を一定にし、長時間使用後でも濃度むら、地かぶり、文字細り等のない高品位の画像が得られる現像ローラ及び現像装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明の現像ローラは、良導電性シャフトの外周に導電層を形成してなる現像ローラにおいて、上記導電層がポリウレタンに導電材を配合した組成物からなり、該導電層の表面は長手方向が軸方向に沿う波すじを有しており、該波すじが、上記現像ローラを研磨加工することにより、上記現像ローラの回転方向に沿って形成された微小な凹凸であり、前記導電層の前記現像ローラの回転方向におけるＪＩＳ１０点平均粗さＲｚが、軸方向のそれよりも大きく、前記凹凸の高さが６．４〜１１．３μｍであり、それぞれの波すじの平均間隔が３０〜８０μｍであることを特徴とする。
【００１０】
本発明者らは、現像ローラの表面状態について鋭意検討した結果、上記導電層の表面が長手方向が軸方向に沿う波すじを有しており、該波すじが上記現像ローラの回転方向に沿って交互に形成された微小な凹凸であることによって、トナー搬送量を一定にし、長時間使用後でも濃度むら、地かぶり、文字細り等のない高品位の画像が得られることを知見した。
【００１１】
即ち、ローラ表面に微小な凹凸を設けることによって、ローラ上の現像剤搬送量を確保する。この場合、波すじが上記現像ローラの回転方向に沿って交互に形成された微小な凹凸である方が現像剤の搬送性には都合が良く、さらに波すじが回転方向に沿ってほぼ一定間隔で形成されていることによって均一な搬送が可能である。その結果として、濃度むらや地かぶり等のない高品位の画像が得られる。さらには、長時間の使用においても以上の形状を有していることが、現像剤搬送量、画質の安定化に有効である。
【００１２】
以下に、本発明を更に詳しく説明する。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２の外周に導電性を有する導電層３を形成したものである。ここで、上記シャフト２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、通常は金属製の中実体からなる芯金や内部を中空にくりぬいた金属製円筒体等の金属製シャフトが用いられる。
【００１３】
上記導電層３としては、感光体と現像ローラが非接触の場合には金属シャフト上に各種樹脂等と導電粉、磁性粉等を混入したものまたは導電性樹脂等を積層し、表面を研磨したものを用いることができる。一方、感光体と現像ローラが接触する場合には現像ニップの必要性から比較的柔らかい弾性体が用いられる。
【００１４】
上記導電層３としては、導電性ゴム又はポリウレタン等のエラストマーやフォーム材料を基材として用いることができる。
【００１５】
まず、導電層３が導電性ゴムである場合について述べる。この場合、無発泡の導電性ゴムを構成するゴム材料としては、ニトリルブタジエンゴム、天然ゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、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−ジエン三元共重合体ゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム、アクリルゴム、ポリノルボルネンゴム等の通常のゴム又はスチレン−ブタジエン−スチレン（ＳＢＳ）、スチレン−ブタジエン−スチレン水添物（ＳＥＢＳ）等の熱可塑性ゴム及びこれらの混合物等を使用することができる。また、発泡導電性ゴムとしては、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体ゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレンに導電材を配合したもの、エピクロルヒドリンとエチレンオキサイドの共重合ゴムの発泡体又はエピクロルヒドリンとエチレンオキサイドとの共重合ゴムに導電材を配合したものの発泡体を好適に使用できる。
【００１６】
これらのゴム組成物に配合する導電材としては、まず粉体について例示すれば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ー（インク）用カーボン、熱分解カーボン、天然グラファイト、人造グラファイト、アンチモンドープの酸化錫、酸化チタン、酸化亜鉛、ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属及び金属酸化物、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレン等の導電性ポリマー等が挙げられる。その配合量は、全ゴム成分１００重量部に対して３〜１００重量部、特に５〜５０重量部とすることができ、これにより導電層３の体積固有抵抗を１０2 〜１０10Ω・ｃｍに調整することができる。
【００１７】
次に、導電層３がポリウレタンである場合について述べる。この場合、ポリウレタンフォームやエラストマーは種々の方法で製造されたいずれのものでも良く、例えばカーボンブラックをポリウレタンプレポリマー中に配合し、このプレポリマーを架橋反応させる方法、ポリオールに導電性材料を配合し、このポリオールをワン・ショット法にてポリイソシアネートと反応させる方法などの方法で得ることができる。
【００１８】
上記導電層３がポリウレタンである場合の基材として用いられるウレタンとしては、ポリヒドロキシル化合物として、一般の軟質ポリウレタンフォームやウレタンエラストマー製造に用いられるポリオール、例えば、末端にポリヒドロキシル基を有するポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール及び両者の共重合物であるポリエーテルポリオールが挙げられるほか、、ポリブタジエンポリオールやポリイソプレンポリオール等のポリオレフィンポリオール、ポリオール中でエチレン性不飽和単量体を重合させて得られる所謂ポリマーポリオールなどの一般的なポリオールが使用できる。また、ポリイソシアネート化合物としては、同様に一般的な軟質ポリウレタンフォームやウレタンエラストマー製造に使用されるポリイソシアネート、即ち、トリジイソシアネート（ＴＤＩ）、粗製ＴＤＩ、４，４−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、粗製ＭＤＩ、炭素数２〜１８の脂肪族ポリイソシアネート、炭素数４〜１５の脂環式ポリイソシアネート及びこれらポリイソシアネートの混合物や変性物、例えば、部分的にポリオール類と反応させて得られるプレポリマー等が用いられる。
【００１９】
これらのポリウレタンに配合する導電材としては、上記ゴム組成物の場合と同様な導電材及び過塩素酸リチウム、過塩素酸ナトリウム等の無機イオン物質や４級アンモニウム塩等の有機イオン物質からなるイオン性導電材、陽イオン性界面活性剤、負イオン界面活性剤、各種ベタイン等の両性イオン界面活性剤、親水性のポリエーテルやポリエステル等の非イオン性帯電防止剤を併用しても良い。また、ウレタンの場合にはポリオール成分を予めイソシアネートによりプレポリマー化しておくことも好ましい。その配合量は、ウレタン１００重量部に対して０．５〜５０重量部、特に１〜３０重量部とすることができ、これにより導電層３の体積固有抵抗を１０2 〜１０10Ω・ｃｍに調整することができる。なお、その他の導電材ではテトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタン、ベンゾキノン、クロルアニル、アントラキノン、アントラセン、ジクロロジシアノベンゾキノン、フェロセン、フタロシアニン等の電荷移動錯体を形成し得る電子受容物質を配合することもでき、その場合の配合量は、ウレタン１００重量部に対して０．００１〜２０重量部、特に０．０１〜１重量部とすることができる。
【００２０】
導電層３の硬度は、特に制限されないが、ＪＩＳ−Ａスケールで６０°以下、特に１０〜５５°とすることが好ましい。この場合、硬度が６０°を超えると感光ドラム等との接触面積が小さくなり、良好な現像が行えなくなる恐れがあるが、逆にあまり低硬度にすると圧縮永久歪が大きくなり、何らかの理由で現像ローラに変形や偏心が生じた場合、画像の濃度むらが発生するととなる。このため、弾性層の硬度を低硬度にする場合でも、圧縮永久歪をなるべく小さくすることが好ましく、具体的には２０％以下とすることが好ましい。
【００２１】
導電層３の表面に微小な凹凸を形成する方法としては、特に制限されず、一般には湿式法又は乾式法等の研磨方法があるが、本発明では乾式法が好適に用いられる。図３に本発明の現像ローラの研磨方法の一例を示す。現像ローラ１は１００ｒｐｍ程度で矢印の方向に回転し、砥石１１は矢印の方向に１５００ｒｐｍ程度の速度で回転しローラに接触しながらローラの一端側から他端側へ移動することより研磨がされる。本発明では、上記したような砥石が移動する方式で研磨する以外に、より幅の広い砥石により移動することなしに一括で研磨することも可能である。また、砥石と導電層の間に水やオイル等の潤滑剤を吹きつけながらを研磨する湿式法による研磨方法も用いることができる。
【００２２】
その他の形成方法としては、例えば、モールドの内面に予め微小な凹凸を形成しておき、ここに基材を注入して現像ローラを形成する方法（射出成形法等）等も用いることができる。
【００２３】
なお、本発明の表面粗さの方向について図４の模式図を参照して説明する。現像ローラの回転方向のＪＩＳ１０点平均粗さは、導電層表面を後述する接触型表面粗さ計を用いて図４中の（１）の方向にスイープさせることにより得られる値のことである。一方、軸方向のＪＩＳ１０点平均粗さとは、図４中の（２）の方向、つまり（１）の方向に対して直角にスイープさせることにより得られる値のことである。
【００２４】
上述測定方法で得られたローラの表面粗さは、ローラの回転方向におけるＪＩＳ１０点平均粗さＲｚが、軸方向のそれよりも大きくすることにより、安定したトナー搬送量を確保し、耐久試験後において画像むら等が発生しない。また、凹凸の高さが０．１〜３０μｍ、より好ましくは、１〜１５μｍであり、さらにそれぞれの波すじの平均間隔が１〜３００μｍであることが好ましい。
【００２５】
本発明の現像ローラは、磁性または非磁性一成分現像剤を用いる通常の現像装置に組み込むことができ、具体的には図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４と静電潜像を保持した感光ドラム５との間に、本発明の現像ローラ１が感光ドラム５と非接触または接触した状態でかつトナー塗布用ローラ４とは接触または若干離間して配設され、これらの現像ローラ１、感光ドラム５及びトナー塗布用ローラ４がそれぞれ図中矢印方向に回転することにより、トナー６がトナー塗布用ローラ４により現像ローラ１の表面に供給され、このトナーが成層ブレード７により均一な薄層に整えられ、この状態で現像ローラ１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１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の詳細については、従来の技術において説明しているのでその説明を省略する。
【００２６】
【実施例】
以下、実施例、比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。
［実施例１］
0003759205.tif 000002
【００２７】
これらを撹拌し、次いで１１０℃に加熱した金型に注入し、２時間硬化させて金属製のシャフトの外周に導電層を形成して現像ローラを得た。得られたローラの表面を表１の条件で乾式研磨し、その表面状態を電子顕微鏡にて観察したところ、導電層表面は、長手方向が軸方向に沿う波すじを形成していることが確認された（図５の電子顕微鏡写真［５００倍］）。
【００２８】
【表１】
0003759205.tif 000003
【００２９】
［実施例２］
0003759205.tif 000004
【００３０】
これらを撹拌し、次いで１１０℃に加熱した金型に注入し、２時間硬化させて金属製のシャフトの外周に導電層を形成して現像ローラを得た。得られたローラの表面を実施例１と同様の条件で乾式研磨し、その表面状態を電子顕微鏡にて観察したところ、導電層表面は、長手方向が軸方向に沿う波すじを形成していることが確認された（図６の電子顕微鏡写真［５００倍］）。
【００３１】
［比較例１］
実施例１の配合で得られた現像ローラを実施例１と同様の条件で湿式研磨し、その表面状態を電子顕微鏡にて観察したところ、導電層表面は、実施例のものとは異なることが確認された（図７の電子顕微鏡写真［５００倍］）。
【００３２】
［比較例２］
実施例２の配合で得られた現像ローラを同様の条件で湿式研磨し、その表面状態を電子顕微鏡にて観察したところ、導電層表面は、実施例のものとは異なることが確認された（図８の電子顕微鏡写真［５００倍］）。
【００３３】
上記実施例１〜２及び比較例１〜２で得た現像ローラについて、以下の特性試験を行った。結果を表２に示す。
（１）平均粗さＲｚ各ローラに対して、表面粗さ計サーフコム５７０Ａ型（東京精密社製）を用いて測定した。
（２）凹凸の形状それぞれの波すじの間隔は電子顕微鏡写真をもとに算出した。また、凹凸の高さは（１）で得られた断面曲線より算出した。
（３）硬度各ローラと同一条件で作成したシート状のサンプルにつき、ＪＩＳ−Ｋ６３０１（Ａ型）により測定した。
（４）画像各ローラを現像ローラとして図２に示した現像ユニット部に装着して、平均粒径７μｍの非磁性一成分トナーを用い、線速６０ｍｍ／ｓｅｃの周速で回転させながら反転現像で画像出しを行い、初期及び１００００プリント後の画質（シャープさ、濃度むら、かぶり）の発生を評価した。
（５）トナー帯電量各ローラを現像ローラとして図２に示した現像ユニット部に装着して、５０ｍｍ／ｓｅｃの周速で回転させ、現像ローラ表面に均一なトナー薄層を形成し、このトナー薄層をエアーで吸引してファラデーゲージ内に導入し、電荷量を測定することにより求めた。
（６）トナー搬送量（５）と同様にローラ上に均一なトナー薄層を形成し、このトナー薄層を一定面積エアーで吸引し、その重量を測定することにより求めた。
【００３４】
【表２】
0003759205.tif 000005
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、低硬度のため良好な密着性を有すると共に、安定したトナー搬送量を有し、濃度むらや地かぶり等のない高品位の画像が得られる現像ローラ及び現像装置を提供する。また、同様な特性が必要とされる帯電ローラ、転写ローラ等にも使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の導電性ローラの一例を示す現像ローラの概略断面図である。
【図２】  本発明の一例を示す現像装置の概略断面図である。
【図３】  本発明の表面粗さの方向についての模式図である。
【図４】  本発明の研磨方法の一例を示す摸式図である。
【図５】  現像ローラ表面の電子顕微鏡写真である（実施例１のもの）。
【図６】  現像ローラ表面の電子顕微鏡写真である（実施例２のもの）。
【図７】  現像ローラ表面の電子顕微鏡写真である（比較例１のもの）。
【図８】  現像ローラ表面の電子顕微鏡写真である（比較例２のもの）。
【符号の説明】
１  現像ローラ
２  シャフト
３  導電層
４  トナー塗布用ローラ
５  感光ドラム（潜像保持体）
６  トナー（非磁性一成分現像剤）
７  成層ブレード
８  転写部
９  クリーニング部
１０  クリーニングブレード
１１  砥石
【図１】
0003759205.tif 000006
【図２】
0003759205.tif 000007
【図３】
0003759205.tif 000008
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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