(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の外周に導電弾性層および表面層を同心に積層して設け、該表面層の外周に現像剤を担持させる電子写真装置の現像ローラにおいて、前記表面層は、１００％伸張時の引張応力が２０〜７０ｋｇｆ／ｃｍ２のポリウレタン樹脂を主成分とし、その中にシリコン・アクリル共重合樹脂を０．２〜３０重量％含有して成り、電気抵抗が１０１０Ω・ｃｍ以下であり、回転周速度３０〜１００ｍｍ／秒で用いられることを特徴とする電子写真装置の現像ローラ。
【請求項２】
静電潜像保持体に接触して対向配置された現像ローラと、現像ローラの外表面に現像剤層を形成する手段と、現像ローラを前記静電潜像保持体より速い回転周速度で回転させる手段とを有する電子写真装置の現像装置において、前記現像ローラは、回転軸の外周に導電弾性層および表面層を同心に積層して設けて成り、前記表面層は、１００％伸張時の引張応力が２０〜７０ｋｇｆ／ｃｍ２のポリウレタン樹脂を主成分とし、その中にシリコン・アクリル共重合樹脂を０．２〜３０重量％含有して成り、電気抵抗が１０１０Ω・ｃｍ以下であり、
現像ローラの回転周速度が３０〜１００ｍｍ／秒であることを特徴とする電子写真装置の現像装置。
【請求項３】
前記現像ローラの外表面に現像剤層を形成する手段が、弾性を有する金属板から成ることを特徴とする請求項２に記載の電子写真装置の現像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真装置の現像ローラおよび現像装置に関する。さらに詳しくは、一成分現像剤を用いて高品位の画像を得ることができ、異音の発生のない現像ローラおよび現像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真装置において、静電潜像保持体（感光体ドラム）上の潜像に薄層化された現像剤を供給し可視像化するため、現像ローラを有する現像装置が配置されている。特に、一成分現像剤を用いる現像装置には、装置の簡素化、小型化ができ、カラー化が容易であるため、ゴム弾性を有する現像ローラを静電潜像保持体に圧接させて用いることが行われている。たとえば、特開平１−２５２９７９は、一成分現像剤を用いる圧接現像装置を開示している。この装置では、硬度が４０度以下で、抵抗値が１０10Ω・ｃｍ以下の耐油性ゴムから成る下層と、ポリウレタン樹脂から成る表面層を有する現像ローラを静電潜像保持体より速い周速度で回転させることにより、高品位の画像が得られる。
【０００３】
しかし、上記の現像装置は、現像ローラの表面層がポリウレタン樹脂から成るので耐磨耗性、屈曲・変形性には優れるものの、現像ローラと静電潜像保持体との周速度の差により、接触面において現像ローラの表面ウレタン層が静電潜像保持体に引張られ復元するときに異音を発生し、微震動を起こすという問題があった。この問題は、現像ローラの周速度が３０ｍｍ／秒以上になると、特に顕著に表れ、電子写真装置の高速化におけるネックとなっていた。
【０００４】
また、現像ローラの表面ウレタン層は、現像剤の剥離という点で問題を生じることがあった。現像剤の剥離（表面ウレタン層の離型性に依存する）は、通常の画像形成（印字）について、たいした影響を与えないが、現像ローラ幅に対して一部のみしか画像形成しないような場合（たとえば、プリンタ）には、未消費の現像剤が現像ローラ外周面にフィルム状に固着しやすくなる。これをフィルミングとも呼ぶ。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の課題を解決すべくなされたもので、静電潜像保持体との圧接により充分な接触幅が確保でき、静電潜像保持体より速くかつ３０ｍｍ／秒以上の周速度で回転しても異音を発生せず、しかもフィルミングを発生しない電子写真装置の現像ローラおよび現像装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に従う電子写真装置の現像ローラは、回転軸の外周に導電弾性層および表面層を同心に積層して設け、該表面層の外周に現像剤を担持させる電子写真装置の現像ローラにおいて、前記表面層は、１００％伸張時の引張応力が２０〜７０ｋｇｆ／ｃｍ２のポリウレタン樹脂を主成分とし、その中にシリコン・アクリル共重合樹脂を０．２〜３０重量％含有して成り、電気抵抗が１０１０Ω・ｃｍ以下であり、回転周速度３０〜１００ｍｍ／秒で用いられることを特徴とする。
本発明に従う電子写真装置の現像装置は、静電潜像保持体に接触して対向配置された現像ローラと、現像ローラの外表面に現像剤層を形成する手段と、現像ローラを前記静電潜像保持体より速い回転周速度で回転させる手段とを有する電子写真装置の現像装置において、前記現像ローラは、回転軸の外周に導電弾性層および表面層を同心に積層して設けて成り、前記表面層は、１００％伸張時の引張応力が２０〜７０ｋｇｆ／ｃｍ２のポリウレタン樹脂を主成分とし、その中にシリコン・アクリル共重合樹脂を０．２〜３０重量％含有して成り、電気抵抗が１０１０Ω・ｃｍ以下であり、前記現像ローラの回転周速度は、３０〜１００ｍｍ／秒であることを特徴とする。
また、前記現像ローラの外表面に現像剤層を形成する手段は、弾性を有する金属板から成ることが好ましい。
本発明に従えば、表面層を形成するポリウレタン樹脂の組成および１００％引張り応力を特定することにより３０ｍｍ／秒以上の高速においても異音（微震動）の発生を押さえ、シリコン・アクリル樹脂の含有量を特定することにより、フィルミングの発生を押さえ、さらに電気抵抗を特定することにより、回転軸からローラ表面への現像バイアスの供給を確保し、現像剤との摩擦帯電性の制御が容易になった。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【０００８】
図１は、本発明に係る現像ローラの一実施の形態を示す全体斜視図であり、図中、１は現像ローラ、２は回転軸、３は導電弾性層、４は表面層を表す。
【０００９】
図２は、本発明に係る現像装置の一実施の形態を示す要部断面図であり、図中、１は現像ローラ、５は静電潜像保持体である感光体ドラム、６は現像剤層を形成する手段としての薄層化ブレード、７は現像剤供給ローラ、８は現像剤を表す。
【００１０】
図１において、本発明の現像ローラ１は、回転軸２の外周に導電弾性層３および表面層４を順に設けたもので、図２に示すように感光体ドラム５と反対まわりに回転する。
【００１１】
図２を参照して、本発明の現像装置の動作、構成をより詳しく説明すると、現像ローラ１が感光体ドラム５に対向して圧接され、この現像ローラ１の感光体ドラム５との圧接位置の反対側には、現像剤供給ローラ７が圧接され、また前記現像ローラ１と感光体ドラム５との圧接位置の回転上流側には、現像ローラ１の外周面に現像剤の薄層を形成する部材である薄層化ブレード６が配置され、さらに枠体に軸受を介して両端を支持された回転軸２の一端には、現像ローラ１を感光体ドラム５より速い周速度で回転させる駆動部材（図示せず）が取付けられている。
【００１２】
現像ローラ１の回転軸２としては、剛性が大きく細くて曲がりにくいものなら特に限定されないが、ステンレスや表面処理鋼が好ましく、両端部を軸支したりギヤ等の駆動部材を嵌め込むためＪＩＳハメアイ寸法に準じて高精度に加工して用いられる。回転軸２は脱脂洗浄し、必要に応じて接着剤を塗布し、導電弾性層３をその上に形成する金型に固定される。
【００１３】
回転軸２の外周に形成される導電弾性層３には、電気抵抗が１０3〜１０10Ω・ｃｍ（好ましくは１０4〜１０9Ω・ｃｍ）、ＪＩＳ−Ａ硬度２０〜６０度の変形しやすく変形回復性に優れた、たとえばポリウレタン、ＮＢＲ（アクリロニトリルブタジエンゴム）、ＣＲ（クロロプレンゴム）、シリコンゴム等から成る弾性体または発泡体が用いられる。導電弾性層３の電気抵抗を前記の範囲に調整するには、ポリウレタン等の弾性体または発泡体に導電性付与剤（たとえば、カーボンブラック）を適当量含有させる。なお、導電弾性層３の厚みは、５〜１０ｍｍ程度である。導電弾性層３を回転軸２上に形成するには、前記のように回転軸２を固定し、所定温度に予熱された金型に対し、ポリウレタン等の液状原料の場合は、反応混合液を注入し、硬化させる注型法が、また未加硫ゴムの場合は、加熱プレスにより金型にゴムを注入し、加硫するプレス加硫法が用いられる。得られるローラ成形体に、所望ならば、凹凸、偏心を除去し、その外周に均一厚さの表面層４を形成し得るように、導電弾性層３の外周を研磨する。
【００１４】
導電弾性層３の外周に形成される表面層４には、１００％伸長時の引張り応力が２０〜７０ｋｇｆ／ｃｍ2の範囲にあり、導電弾性層３の変形への追従性、耐磨耗性に優れたポリウレタン樹脂を主成分とし、この中にシリコン・アクリル共重合樹脂を０．２〜３０重量％含有してなり、電気抵抗が１０10Ω・ｃｍ以下のものが用いられる。ポリウレタン樹脂の１００％伸長時の引張り応力が２０ｋｇｆ／ｃｍ2未満であると表面層４の機械的強度が弱くなり、また７０ｋｇｆ／ｃｍ2 を超えると異音が発生しやすくなる。この異音が発生するメカニズムについては、明らかではないが、現像ローラ１の表面層４であるウレタン層が感光体ドラム５に引張られたとき、引張り応力が高い樹脂の場合、その復元力が強く、微震動を起こして、異音を発生するものと考えられる。本発明の現像ローラ１は、上記の構成から、異音の発生を効果的に抑制する。
【００１５】
シリコン・アクリル共重合樹脂の含有量が０．２重量％未満であると離型性を向上する添加効果に乏しく、また３０重量％を超えると、表面層４の強度が低下するので、０．２〜３０重量％の範囲とされる。
【００１６】
表面層４を導電弾性層３の外周上に形成するには、まず１００％伸長時の引張り応力が２０〜７０ｋｇｆ／ｃｍの範囲にあるポリウレタン樹脂を選定し、これにシリコン・アクリル共重合樹脂を適当量添加し、これらを溶剤に溶かし、電気抵抗を前記の範囲に調整するためカーボンブラック、金属酸化物、有機ホスホニウム塩等の導電性付与剤を分散溶解させ、得られた液を、前記導電弾性層３の外周面に塗布する。この塗布法は、浸積法、ハケ塗り法、スプレー法等を用い、厚み５〜８０μｍ（好ましくは１０〜７０μｍ）の表面層４になるよう塗布すればよい。
【００１７】
本発明の現像装置において、現像ローラ１は、感光体ドラム５に軸心を平行にして、接触幅が０．２〜６ｍｍ（好ましくは、１〜４ｍｍ）となるように対向配置される。
【００１８】
また、薄層化ブレード６としては、厚さ０．１〜０．３ｍｍの弾性を有する金属ブレード（リン青銅、ステンレス等）、厚さ０．５〜２．０ｍｍの弾性体ブレード、または厚さ０．１〜０．３ｍｍの金属片（リン青銅、ステンレス等）を支持体としてその先端に三角や半円の弾性体であるブレード部材を付けた複合ブレード等が用いることができるが、構造が簡単で滑りがよい点で厚さ０．１〜０．３ｍｍの弾性を有する金属板の現像ローラとの当接部を曲面に加工したものが好ましく用いられる。
【００１９】
現像剤供給ローラ７としては、その回転軸の外周に発泡体（ＥＰＤＭ、ポリウレタン等）を同心に形成したものが用いられる。現像剤供給ローラ７は、現像ローラ１より硬度が低く、０．５〜１ｍｍ変形させて現像ローラ１に圧接され、現像ローラ１より低い周速度で回転される。
【００２０】
また、本発明の現像装置には、現像ローラ１を感光体ドラム５より速い周速度で回転させる駆動部材が各ローラの回転軸の同一側端部に設けられている。駆動部材としては、ギヤや歯付プリ・ベルト等が用いられる。感光体ドラム／現像ローラ／供給ローラの周速比は０．２〜０．９９／１．０／０．３〜０．８とされ、かつ現像ローラの周速度は３０ｍｍ／秒以上とされる。周速度が３０ｍｍ／秒より小さい場合は、従来技術の現像ローラでも、本発明の現像ローラと大差はないが、３０ｍｍ／秒以上の高速になると、異音の発生において顕著な差がでるので、本発明の現像ローラは、周速度３０ｍｍ／秒以上で使用することが特に好ましい。
【００２１】
図２に示されているように、感光体ドラム５、現像ローラ１、現像剤供給ローラ７が互いに圧接され、矢印方向に回転すると、現像剤８が現像剤供給ローラ７により現像ローラ１の表面に供給され、さらに薄層化ブレード６により均一な薄層に整えられ、かつ摩擦帯電される。このようにして帯電された現像剤は、現像ローラ１と感光体ドラム５との接触回転によって感光体ドラム５上の静電潜像に移り、その結果、静電潜像が可視化（現像）される。
【００２２】
（実施例）
以下に実施例、製造例および比較例を挙げて、本発明をさらに詳しく説明するが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。すべての部および％は特に示す以外は重量基準である。
【００２３】
（製造例）
導電弾性層を備えるローラの製造
平均分子量４０００で官能基数２のポリプロピレンエーテルグリコール７５部と、平均分子量６０００で官能基数３のポリプロピレンエーテルグリコール２５部とから成る混合ポリオールにカーボンブラック５部を加え混練した混合物に、ジブチルチンジラウレート（触媒）０．２部を添加し、撹拌混合し均一になった後、４０℃、３ Ｔｏｏｒ 以下の圧力で３時間以上減圧脱水した。このようにして調製したポリオール混合物に、ヘキサメチレンジイソシアネートの３量体（ＨＤＩトリマ）を、イソシアネートインデクスが１０５になる比率で加え、撹拌混合して注型液を調製した。
【００２４】
別途、外周に接着剤を塗布したステンレス製の回転軸を、８０℃に加熱した導電弾性層成形用の金型に両端を固定してセットし、この金型に前記注型液を注入した。約１０分間反応硬化させ、脱型し、室温で約２４時間放置後、外径部を研磨し回転軸上に導電弾性層を形成した。この導電弾性層のＪＩＳ−Ａ硬度は４０度、電気抵抗は４×１０5Ω・ｃｍであった。
【００２５】
（実施例１）
１００％伸長時の引張り応力が４０ｋｇｆ／ｃｍ2であるポリエステル系ポリウレタン１００部と、カーボンブラック３部とシリコン・アクリル共重合樹脂（東亜合成化学社製、アロンＧＳ−３０）３部とを、テトラハイドロフラン（ＴＨＦ）９００部に溶解分散させた浸積液に、製造例で得たローラ体を軸方向に浸積し、乾燥させて導電弾性層の外周面に表面層を有する現像ローラを得た。この表面層の厚さは２０μｍ、電気抵抗は５×１０6Ω・ｃｍであった。
【００２６】
この現像ローラを図２に示すプリンタ用現像装置に下記条件で組込み、画像出し試験を行い、異音発生の有無、画像のかぶり有無、および２００００枚画像出し後の現像ローラ表面のキズ・磨耗の有無を調べた。それらの結果を表１に示す。
【００２７】
画像出し条件
薄層化ブレード：厚さ０．１ｍｍのステンレス板の先端の現像ローラとの接触部をＲ曲面に形成したブレードを現像ローラに軽く圧接する。
感光体ドラム：表面に有機感光層を感光体ドラムを用い、現像ローラは感光体ドラムに対して接触幅２．０ｍｍで圧接する。
現像剤供給ローラ：ステンレス製回転軸の外周に軟質ポリウレタン発泡体を同心に設けたローラを用い、現像ローラに対し、接触深さ０．５ｍｍで圧接する。駆動部材：各部材の回転軸一端に嵌合・固定し各部材の回転数（周速度）を調整するギヤであり、本例では、周速度比を感光体ドラム／現像ローラ＝０．８／１とし、現像ローラの周速度を３５ｍｍ／秒とした。
【００２８】
（実施例２）
１００％伸長時の引張り応力が７０ｋｇｆ／ｃｍ2であるポリエステル系ポリウレタンを用いた以外は、実施例１と同様にして導電弾性層の外周面に表面層を有する現像ローラを得た。この現像ローラを用いて、実施例１の条件で、画像出し試験を実施した。その結果を表１に示す。
【００２９】
（実施例３）
１００％伸長時の引張り応力が２０ｋｇｆ／ｃｍ2 であるポリエステル系ポリウレタンを用いた以外は、実施例１と同様にして導電弾性層の外周面に表面層を有する現像ローラを得た。この現像ローラを用いて、実施例１の条件で、画像出し試験を実施した。その結果を表１に示す。
【００３０】
（実施例４）
シリコン・アクリル共重合樹脂の配合量をポリエステル系ポリウレタン１００部に対して、３部の代わりに３０部とした以外は、実施例１と同様にして導電弾性層の外周面に表面層を有する現像ローラを得た。この現像ローラを用いて、実施例１の条件で、画像出し試験を実施した。その結果を表１に示す。
【００３１】
（実施例５）
シリコン・アクリル共重合樹脂の配合量をポリエステル系ポリウレタン１００部に対して、３部の代わりに０．２部とした以外は、実施例１と同様にして導電弾性層の外周面に表面層を有する現像ローラを得た。この現像ローラを用いて、実施例１の条件で、画像出し試験を実施した。その結果を表１に示す。
【００３２】
（実施例６）
カーボンブラックの添加量をポリエステル系ポリウレタン１００部に対して、３部の代わりに０．５部とした以外は、実施例１と同様にして導電弾性層の外周面に表面層を有する現像ローラを得た。この現像ローラを用いて、実施例１の条件で、画像出し試験を実施した。その結果を表１に示す。
なお、本実施例の現像ローラの電気抵抗は３×１０10Ω・ｃｍであった。
【００３３】
（実施例７）
カーボンブラックの添加量をポリエステル系ポリウレタン１００部に対して、３部の代わりに７部とした以外は、実施例１と同様にして導電弾性層の外周面に表面層を有する現像ローラを得た。この現像ローラを用いて、実施例１の条件で、画像出し試験を実施した。その結果を表１に示す。
なお、本実施例の現像ローラの電気抵抗は４×１０4Ω・ｃｍであった。
【００３４】
（実施例８）
実施例１で得られた現像ローラは用い、現像ローラの周速度を９０ｍｍ／秒とし、周速度比を０．３／１．０とした以外は、実施例１と同様にして画像出し試験を行った。その結果を表１に示す。
【００３５】
（比較例１）
１００％伸長時の引張り応力が８５ｋｇｆ／ｃｍ2であるポリエステル系ポリウレタンを用いた以外は、実施例１と同様にして導電弾性層の外周面に表面層を有する現像ローラを得た。この現像ローラを用いて、実施例１の条件で画像出し試験を実施した。その結果を表２に示す。
【００３６】
（比較例２）
１００％伸長時の引張り応力が１０ｋｇｆ／ｃｍ2であるポリエステル系ポリウレタンを用いた以外は、実施例１と同様にして導電弾性層の外周面に表面層を有する現像ローラを得た。この現像ローラを用いて、実施例１の条件で画像出し試験を実施した。その結果を表２に示す。
【００３７】
（比較例３）
シリコン・アクリル共重合樹脂の配合量をポリエステル系ポリウレタン１００部に対して、３部の代わりに０．１部とした以外は、実施例１と同様にして導電弾性層の外周面に表面層を有する現像ローラを得た。この現像ローラを用いて、実施例１の条件で画像出し試験を実施した。その結果を表２に示す。
【００３８】
（比較例４）
シリコン・アクリル共重合樹脂の配合量をポリエステル系ポリウレタン１００部に対して、３部の代わりに３５部とした以外は、実施例１と同様にして導電弾性層の外周面に表面層を有する現像ローラを得た。この現像ローラを用いて、実施例１の条件で画像出し試験を実施した。その結果を表２に示す。
【００３９】
（比較例５）
カーボンブラックの添加量を０部とした以外は、実施例１と同様にして導電弾性層の外周面に表面層を有する現像ローラを得た。この現像ローラを用いて、実施例１の条件で、画像出し試験を実施した。その結果を表２に示す。
なお、本比較例の現像ローラの電気抵抗は、３×１０11Ω・ｃｍであった。
【００４１】
（比較例６）
実施例１で得られた現像ローラを用い、現像ローラの周速度を１２０ｍｍ／秒とし、周速度比を０．２／１．０とした以外は、実施例１の条件で、画像出し試験を実施した。その結果を表２に示す。
【００４２】
【表１】
0003814361.tif 000002
【００４３】
【表２】
0003814361.tif 000003
【００４４】
表１の結果から明らかなように、表面層を主に形成するポリウレタン樹脂の１００％伸長時の引張り応力が大きすぎると感光体ドラムと現像ローラが圧接して摺擦することによる異音の発生が大きく、逆に小さすぎると皮膜の磨耗やキズが発生するため、２０〜７０ｋｇｆ／ｃｍ2 の範囲に設定することが必要である。ポリウレタン樹脂に配合されるシリコン・アクリル共重合樹脂の量が少なすぎると、トナーフィルミングが生じ、逆に多すぎると表面層の強度が低下するため、配合量は０．２〜３０重量％の範囲に設定することが必要である。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、現象ローラの外周にあたる表面層を１００％伸長時の引張り応力が２０〜７０ｋｇｆ／ｃｍ2 の範囲にあるポリウレタン樹脂から形成したので、現象ローラを現像装置に装着し、使用するとき、感光体ドラムとの圧接、摺擦によって発生する異音を抑制することができる。また、表面層に充分な機械的強度が付与されるので、圧接による磨耗キズが生じない。
【００４６】
また、本発明によれば、表面層を形成するポリウレタン樹脂にシリコン・アクリル共重合樹脂を添加することによって、表面層の離型性が向上し、現像剤のフィルミングが防止できる。
【００４７】
また、本発明の現像装置において、現象ローラの周速度を３０〜１００ｍｍ／秒に設定すると、異音の発生をさらに抑えることができる。
【００４８】
さらに、本発明の現像装置において、薄層化ブレードとして弾性を有する金属板を使用すると、現像剤が現象ローラ外周上に均一な薄層で供給される。
【００４９】
加えて、本発明の現象ローラを使用して、画像出しを行うと画像のかぶりもほとんど観察されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の現象ローラの一実施の形態を示す全体斜視図である。
【図２】図１の現象ローラを装着した本発明の現像装置の一実施の形態を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１  現象ローラ
２  回転軸
３  導電弾性層
４  表面層
５  感光体ドラム
６  薄層ブレード
７  現像剤供給ローラ
８  現像剤
【図１】
0003814361.tif 000004
【図２】
0003814361.tif 000005