(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の軸体の外周に少なくとも弾性導電層を設けた電子写真装置用の導電性ロールであって、平行に対向させた導電性ロールと放電用電極との距離が０.５〜５.０ｍｍ、放電用電極に印加する電圧が０.１〜１.０ｋＷ、処理時間が１〜６００秒の条件でコロナ処理したことを特徴とする導電性ロール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、電子写真方式を利用した複写機やプリンター等に使用される導電性ロール、特に感光ドラム回りで使用される帯電ロール、現像ロール、転写ロール等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真方式を利用した複写機やプリンター等の電子写真装置においては、静電潜像が形成される感光ドラムの回りに、帯電ロール、現像ロール、転写ロール等の導電性ロールが配置されている。
【０００３】
これら導電性ロールの基本的な構造は、導電性を有する金属製の軸体（芯金）の外周に、低硬度のゴム弾性体又はゴム発泡体からなる弾性導電層が設けられ、必要に応じて、その外周に抵抗調整等のための中間層や表面層が順次積層されている。また、このような構造を有する導電性ロールは、軸体に印加された電圧を感光ドラムに伝えるため、それぞれ所定の電気特性（抵抗値や静電容量）を備えている。
【０００４】
即ち、帯電ロールは感光ドラムの帯電性を制御するため、現像ロールはトナーの帯電性や感光ドラムへのトナー（現像剤）の移行性を制御するため、及び転写ロールは感光ドラムから用紙やＯＨＰフィルムへのトナーの転写性を制御するために、それぞれ所定の抵抗値を有すると同時に、各ロール内の抵抗値を均一化することが必要である。
【０００５】
各導電性ロールの抵抗値に関しては、材料特性設計や構造設計を検討することで、目標とされる抵抗値の均一化を図っている。具体的には、ロール各層に抵抗値を左右する導電性粒子（一般的にはカーボンブラック）を添加する際に、その種類、添加量、分散性等を制御して、ロールの抵抗値の均一化を図っている。また、カーボンブラックよりも分散性が良いイオン導電剤を使用する等の試みも行われている。構造設計の面からは、複数層を積層したロール構造とし、積層した各層の抵抗値を種々組み合わせることにより、抵抗値を均一化することも行われている。
【０００６】
尚、各導電性ロールの抵抗値の管理幅は、帯電ロール、現像ロール、転写ロール等の使用される部位や、その使用条件等によってそれぞれ異なる。一般的に、抵抗値の均一性として許容される範囲は、ロールの最大抵抗値と最小抵抗値を測定し、その対数換算値の差を桁数で表示した値が０.３桁以内となることが必要とされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した帯電ロール、現像ロール、転写ロール等の導電性ロールは、感光ドラムと組み合わせて使用する際に、必ずトナー（現像剤）と接触する。現像剤にはカーボンブラック等の着色粒子と共に、帯電特性や離型性、定着性等を制御する目的で種々の添加剤が内添又は外添されているため、これらの内添剤や外添剤及び現像剤のポリマー自体がロール表面に付着する、いわゆるフィルミング現像が引き起こされやすい。
【０００８】
具体的に、現像剤の内添剤や外添剤としては、例えば、一般的なシリカのほかに、酸化アルミニウムや酸化チタン等の金属酸化物、硫酸カルシウムや炭酸カルシウム等の金属塩、ステアリン酸亜鉛等の脂肪酸塩が一般的に使用されている。これらの物質はその使用目的から一般には絶縁性又は高抵抗であるため、ロール表面への付着量が多くなる程、ロールの抵抗値が上昇する。この抵抗値の上昇はロールへの印加電圧を調整することで補償できるが、フィルミング現像によるロール表面への付着にはムラがあるため、ロール全体の抵抗値が不均一になるという大きな欠点があった。
【０００９】
このようなフィルミング現象は、ロール表面を構成する材料自体の離型性、加硫温度の分布等の成形条件や、ロールの表面状態等によって発生するものと考えられる。そのため従来は、フィルミング現象をなくすために、材料開発と共に製法の検討が行われてきた。しかし、近年における複写機やプリンターの高速化及び高画質化に伴い、使用される現像剤も低融点化及び小径化が進み、ロールに対して一層付着しやすくなってきている。そのため、付着物のムラが大きくなる傾向にあり、得られる画像に濃度等のムラが一層発生しやすくなっている。
【００１０】
本発明は、このような従来の事情に鑑み、帯電ロール、現像ロール、転写ロール等の導電性ロールの表面へのフィルミング現像による付着物の付着ムラをなくし、ロール抵抗値の不均一化を抑制して、濃度ムラ等のない良好な画像を得ることができる電子写真装置用の導電性ロール、及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、現像剤やその内添剤及び外添剤のロール表面への付着性について種々検討を行ったところ、フィルミング現象による付着を完全に防ぐことは困難であるが、付着物が均一に付着した場合にはロール抵抗値の均一性が損なわれないことが判明した。また、この事実に基づいて、ロール表面への均一な付着を促す方法を検討した結果、ロール表面へのコロナ処理が有効であることを見出した。
【００１２】
即ち、本発明は、金属製の軸体の外周に少なくとも弾性導電層を設けた電子写真装置用の導電性ロールであって、平行に対向させた導電性ロールと放電用電極との距離が０.５〜５.０ｍｍ、放電用電極に印加する電圧が０.１〜１.０ｋＷ、処理時間が１〜６００秒の条件でコロナ処理したことを特徴とする導電性ロールを提供するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明におけるコロナ処理は、導体の周囲に強い不平等電界が生じたとき、部部的な絶縁破壊が起こって現れる局部放電現象であり、従来から一般に樹脂材料の接着性を向上させる目的で使用されている。
【００１５】
本発明方法においては、具体的には、例えば図１に示すように、軸体１ａ（芯金）を接地した導電性ロール１に対して平行にアルミニウム等からなる放電用の電極２を配置し、導電性ロール１を一定速度で回転させながら、電源３から電極２に所定の電圧を印加することにより、導電性ロール１にコロナ放電を発生させる。尚、均一な放電を得るためには、例えばガラス管４のような絶縁体を導電性ロール１と電極２との間に設置することが好ましい。
【００１６】
本発明で用いるコロナ処理の条件としては、互いに平行に対向させた導電性ロールと電極との距離を０.５〜５.０ｍｍ、電極に印加する電圧を０.１〜１.０ｋＷの範囲とし、処理時間を１〜６００秒程度とすることが好ましい。導電性ロールと電極との距離が０.５ｍｍ未満では、放電による短絡リーク現象が発生し、ロール表面が破壊される。逆に５.０ｍｍを越えると、電圧を高めてもコロナ放電が起こらないからである。また、電極に印加する電圧が０.１ｋＷ未満であってもコロナ放電が起こらず、電圧が１.０ｋＷを越えると放電による短絡リーク現象が発生し、ロール表面が破壊される。
【００１７】
本発明においては、導電性ロールの表面にコロナ処理を施すことにより、フィルミング現象によるロール表面への付着は発生するものの、付着物が均一に付着するようになる。そのため、付着の進行と共にロールの抵抗値は徐々に増加するが、一本のロール内での抵抗値の均一性は損なわることがない。従って、本発明のコロナ処理した導電性ロールは、帯電ロール、現像ロール、転写ロール等として長期間使用しても、安定した性能を保持し、濃度ムラの無い優れた画像を得ることができる。
【００１８】
上記コロナ処理を施すことにより、具体的には、ロールの最大抵抗値（Ｒｍａｘ）と最小抵抗値（Ｒｍｉｎ）を対数に換算して、その差（ｌｏｇＲｍａｘ／Ｒｍｉｎ）を桁数で表示したときの値が０.３桁以内となるように、ロール抵抗値を均一化させることができる。コロナ処理によりロールの抵抗値が均一化される理由は明らかではないが、ロール表面全体が適度な粗さになると同時に、表面全体が改質されて適度な反応性を持つようになるため、現像剤や内添剤及び外添剤に由来する付着物がロール表面に均一に付着するためと考えられる。
【００１９】
尚、ロール表面への付着の進行によりロール抵抗値は徐々に増加するが、軸体を通してロールに印加する電圧を調整することによって、各ロールに必要な電流値を一定に制御することができる。また、コロナ処理は表面の改質処理であるため、ロールを構成する材料の基本的な特性が損なわれることがない。従って、電気特性の制御などの目的で行うカーボンブラック等の導電性粒子の分散や、耐磨耗性等のロールの材料特性を設定するにあたり、何ら制限を受けることがなく、基本的なロールの構成に関して自由な設計が可能である。
【００２０】
本発明に係わる導電性ロールとしては、複写機やプリンター等の電子写真装置に使用される帯電ロール、現像ロール、転写ロール等がある。導電性ロールの構造としては、金属製の軸体（芯金）の外周に少なくとも弾性導電層を設けたものであればよく、例えば弾性導電層の外周に単層又は複数層のゴム層及び／又は樹脂層を設けたロールであってもよい。また、これらの弾性導電層は、ソリッド状であっても、スポンジ（発泡体）状であってもよい。
【００２１】
弾性導電層及びその外周に設ける単層又は複数層のゴム層又は樹脂層の材質は特に限定されるものではなく、一般的にロールとして成形可能な材料であればよい。具体的には、ゴム材料としてはウレタンゴム、ＮＢＲ、ＳＢＲ、ＥＰＤＭ、ＣＲ、シリコンゴム、フッ素ゴム、ヒドリンゴム、ＩＲ、ＢＲ等を挙げることができ、また樹脂材料としてはウレタン樹脂、アクリル樹脂、ナイロン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ＰＶＣ、ＰＰ、フッ素樹脂等を挙げることができる。中でもシリコンゴム、Ｈ−ＮＢＲ、フッ素樹脂は、通常では極めて不均一な付着が起こりやすいので、本発明によるコロナ処理が特に有効である。
【００２２】
次に、導電性ロールの成形方法について、簡単に説明する。まず、上下に２分割された金型内に、必要に応じて表面にニッケルメッキ等を施し又は接着剤等を塗布した金属製の軸体（芯金）を配置した後、上記のゴム材料又は樹脂材料を軸体と金型の間の空隙部（キャビティ）内に充填し、必要な時間加熱加圧してロール（弾性導電層）を成形する。ゴム材料や樹脂材料は、溶融状態、有機溶剤等に溶解した溶液状態、コンパウンド等であってよく、その形態は問わない。
【００２３】
通常の場合、上記のごとく成形したロールの外周は、円筒研磨等の手法を用いて必要な円筒形状に仕上げる。更に、ロール（弾性導電層）の外周に抵抗調整や保護のための層が必要な場合には、ディッピング法等により所定のゴム材料又は樹脂材料をコーティングし、加熱して単層又は複数層のゴム又は樹脂の層を形成する。尚、複数層を形成する場合は、上記コーティング工程及び加熱工程を複数回繰り返し実施すればよい。
【００２４】
【実施例】
試料１〜４の導電性ロールを、以下のようにして作製した。即ち、外径が８ｍｍのＳＵＭ２２からなる軸体（芯金）の表面に、膜厚４μｍの無電解Ｎｉメッキを施し、この軸体の外周に型成形により肉厚６ｍｍのＮＢＲからなる弾性導電層を形成し、円筒研磨して試料１のロールとした。また、試料２のロールは、上記試料１のＮＢＲからなる弾性導電層に代えて、型成形により肉厚６ｍｍのＳＢＲからなる弾性導電層を形成してロールとした後、更にその表面にコーティングにより肉厚１０μｍのナイロン樹脂からなる表層を形成し、円筒研磨した。
【００２５】
更に、試料３のロールは、上記試料２と同様に作製したが、弾性導電層を肉厚６ｍｍのシリコンゴムとし、表層は肉厚１０μｍのＨ−ＮＢＲからなる中間層及び肉厚１０μｍのフッ素ゴムからなる最表層の複数層とした。試料４では、上記試料２と同様に作製したが、その表層は肉厚１０μｍのナイロン樹脂からなる内側層と、肉厚１００μｍのＮＢＲからなる中間層、及び肉厚１０μｍのナイロン樹脂からなる最表層の複数層とした。
【００２６】
上記した試料１〜４の各導電性ロールについて、その構成を下記表１にまとめて、中心の軸体から外側に向かって順に記載した。尚、試料１〜４の各ロールとも、外径は約２０ｍｍであって、面長（ゴム部長さ）は３００ｍｍとした。
【００２７】
【表１】
試料１のロール
軸  体：ＳＵＭ２２（外径８ｍｍ、無電解Ｎｉメッキ４μｍ）
弾性層：ＮＢＲ（肉厚６ｍｍ）
試料２のロール
軸  体：ＳＵＭ２２（外径８ｍｍ、無電解Ｎｉメッキ４μｍ）
弾性層：ＳＢＲ（肉厚６ｍｍ）
表  層：ナイロン樹脂（肉厚１０μｍ）
試料３のロール
軸  体：ＳＵＭ２２（外径８ｍｍ、無電解Ｎｉメッキ４μｍ）
弾性層：シリコンゴム（肉厚６ｍｍ）
中間層：Ｈ−ＮＢＲ（肉厚１０μｍ）
最表層：フッ素ゴム（肉厚１０μｍ）
試料４のロール
軸  体：ＳＵＭ２２（外径８ｍｍ、無電解Ｎｉメッキ４μｍ）
弾性層：ＳＢＲ（肉厚６ｍｍ）
内側層：ナイロン樹脂（肉厚１０μｍ）
中間層：ＮＢＲ（肉厚１００μｍ）
最表層：ナイロン樹脂（肉厚１０μｍ）
【００２８】
上記試料１〜４の各導電性ロールを、通常のコロナ放電装置を用いてコロナ処理した。即ち、図１に示すように、外側をガラス管４で被覆したアルミニウムの電極２の下方に、電極２とロール表面が平行で且つその間隔が２ｍｍとなるように導電性ロール１を配置し、その導電性ロール１の軸体１ａを接地した状態で、軸体１ａを駆動して導電性ロール１を２０ｒｐｍで回転させながら、電極２に出力０.２ｋＷの電圧を印加して６０秒間コロナ放電を行った。
【００２９】
得られた本発明試料１〜４の各ロールについて、ロールの抵抗値を測定すると共に、ロール内の抵抗値の均一性を評価して、その結果を下記表２に示した。即ち、各ロールの抵抗値の測定は、図２に示すように、金属平板５上に導電性ロール１を乗せ、その軸体１ａの両端に各５００ｇｆの荷重をかけて導電性ロール１を金属平板５に押しつけた状態で、軸体１ａと金属平板５の間にＤＣ１００Ｖを印可し、軸体１ａと金属平板５の間に流れる電流量を測定することにより、ロールの抵抗値を求めた。
【００３０】
また、１本のロール内での抵抗値の均一性については、図３に示すように、導電性ロール１の外周面に幅１２ｍｍの金属ロール６（ベアリング）を１００ｇｆ荷重で押しつけ、導電性ロール１を回転させた状態で金属ロール６を軸方向に移動させながら、金属ロール６と導電性ロール１の軸体１ａの間にＤＣ１００Ｖを印可して、軸体１ａと金属ロール６の間に流れる電流量を測定することにより、各ロールの全表面における抵抗値を求めた。このようにして導電性ロール１の全表面について抵抗値を測定し、求めた最大抵抗値Ｒｍａｘと最小抵抗値Ｒｍｉｎを対数に換算して、その差（ｌｏｇＲｍａｘ／Ｒｍｉｎ）を求めて桁数で表示した。
【００３１】
更に、各本発明試料の導電性ロールをレーザービームプリンターの転写ロールとして組み付け、温度３０℃、湿度８５％の環境下で連続駆動して、実際に１００００枚の画像をプリントする耐久試験を行った。この耐久試験終了後の各試料の転写ロールについて、上記と同様にロール抵抗値の測定及び１本のロール内での抵抗値の均一性の評価を行うと共に、ロール表面への付着物の付着状態を観察し、その結果を下記表２に示した。尚、付着状態の評価は、付着物がない又は非常に少ない状態を「付着無し」、付着物があり且つ場所により付着量に差がある状態を「付着ムラ」、及び付着物が全体に均一に付着した状態を「均一付着」と表示した。
【００３２】
また、比較例として、前記表１に示す各試料１〜４の構造を有するが、コロナ処理を施していないロールをそれぞれ作製して比較例試料１〜４とし、上記と同様にロール抵抗値の測定、１本のロール内での抵抗値の均一性の評価、及び耐久試験後のロール抵抗値と抵抗値の均一性、並びに付着状態の評価を行い、その結果を表２に併せて示した。
【００３３】
【表２】
0003760735.tif 000002
【００３４】
上記の結果から分るように、いずれの試料のロールも実際に画像をプリントすることによってフィルミング現象によりロール表面への付着が発生し、ロール抵抗値が増加するが、ロール表面にコロナ処理を施した本発明試料の各ロールは抵抗値の均一性が損なわれず、最大抵抗値（Ｒｍａｘ）と最小抵抗値（Ｒｍｉｎ）の対数換算値の差（ｌｏｇＲｍａｘ／Ｒｍｉｎ）が好ましいとされる０.３桁以内に維持された。
【００３５】
これに対して比較例試料の各ロールでは、付着物がロール表面に不均一に付着し、そのため最大抵抗値（Ｒｍａｘ）と最小抵抗値（Ｒｍｉｎ）の対数換算値の差（ｌｏｇＲｍａｘ／Ｒｍｉｎ）が０.８桁以上と極めて大きくなり、抵抗値の均一性を維持することができなかった。
【００３６】
また、上記の耐久試験において、実際に１００００枚の画像のプリントを行った時点で用紙上に得られた画像を観察評価したところ、本発明試料の各ロールを用いた場合には濃度ムラの無い優れた画像が得られたが、比較例試料の各ロールの場合にはいずれも濃度ムラが認められた。このことから、本発明の導電性ロールを用いることによって、長期間にわたって濃度ムラの無い良好な画像が安定して得られることが分る。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、コロナ処理という簡単な方法によって、フィルミング現象によるロール表面への付着物がムラ無く均一に付着するようになるため、一本の導電性ロール内での抵抗値の不均一化を無くすことができる。従って、本発明の導電性ロールを電子写真装置の帯電ロール、現像ロール、転写ロール等として使用することによって、濃度ムラのない画像を長期間安定して得ることができる。
【００３８】
また、本発明によるコロナ処理はロール表面の改質処理であり、導電性ロールを構成する材料の基本的な特性を損なうことがないため、カーボンブラック等の導電性粒子の分散やロール材料特性を設定するにあたり、何ら制限を受けることがなく、基本的なロールの構成に関して自由な設計が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による導電性ロールのコロナ処理を説明するため概念的に図示した概略の斜視図である。
【図２】導電性ロールのロール抵抗値の測定方法を説明するため概念的に図示した概略の斜視図である。
【図３】導電性ロールの抵抗値の均一性を評価するため、ロール全周の抵抗値の測定方法を説明するため概念的に図示した概略の斜視図である。
【符号の説明】
１    導電性ロール
１ａ  軸体
２    電極
３    電源
４    ガラス管
５    金属平板
６    金属ロール
【図１】
0003760735.tif 000003
【図２】
0003760735.tif 000004
【図３】
0003760735.tif 000005