(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性一成分トナーを用い、感光体ドラムと現像ローラとが非接触である電子写真方式の現像装置に用いられる現像ローラであって、少なくとも導電性支持体の外側に導電性ゴム層を同軸状に被覆した構造を含み、前記ローラ外径と導電性支持体直径との径差が０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下、かつ前記導電性ゴム層のＪＩＳ Ａ硬度が３０°以下である現像ローラ。
【請求項２】
導電性ゴム層は無機フィラ−を２０重量％以上含む請求項１記載の現像ローラ。
【請求項３】
導電性ゴム層の外側に被覆層を積層してなる請求項１又は２記載の現像ローラ。
【請求項４】
被覆層が、ナイロン樹脂、ウレタン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリカーボネートウレタン樹脂等によって形成され、その層厚が１０〜５０μｍの範囲内である請求項３記載の現像ローラ。
【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の複写機、プリンターあるいはファクシミリ受信装置に用いる現像装置のうち、特に非磁性トナーを用い、現像ローラと感光体とが非接触である方式の現像装置に組み込む現像ローラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の複写機、プリンターあるいはファクシミリ受信装置には、現像ローラを備えた現像装置が組み込まれている。図２に示すように、現像ローラ１はトナーボックス１０に収容したトナー１１を感光体１２に渡す機能を有するが、その方法は様々であり、例えば作用力として磁気的吸引力と電気的吸引力の両方を用いるもの、電気的吸引力のみを用いるもの等がある。
また、このような利用する作用力の相違によって現像ローラを感光体に接触させる場合と非接触とする場合とがある。
このような多様な形態がある中で、非磁性非接触現像装置が最近注目されている。これは非磁性トナーはカラー化が容易であるとともに、モノクロにおいてもハーフトーン画像を容易且つ良好に現像できる利点を有し、一方、現像ローラと感光体とを接触させない非接触方式はトナーに対するストレスが少なくトナーの繰り返し使用における耐久性に優れる利点を有することに着目したものであり、両者を組み合わせることによって両利点を併せ持った非磁性非接触現像装置を実現できる可能性があるからである。
【０００３】
この方式では、現像ローラ表面へのトナー１１の堆積厚を規制する規制ブレード１３と現像ローラ表面との間でトナーを摩擦帯電させるために、加圧力によりトナーが割れやすく、このためトナーの割れを防止すべく柔軟なゴム材料をシャフト上に被覆した現像ローラを用いることが検討されている。ゴム層はそのまま表面露出させることもあるが、トナー帯電を制御する観点から表面に薄い被覆層を設けることも多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ゴム材料は線膨張係数が大きく環境によってローラ外径が変わりやすい。ローラ外径が変化すると感光体表面と現像ローラ表面との距離が変わって現像条件が一定せず、トナー挙動を制御することが困難となり、例えば、２０℃６０％ＲＨ環境下では良好な画像が得られても３５℃８５％ＲＨ環境下では良好な画像が得られない等の問題が発生する。またゴム層の外側に被覆層が設けられている場合には前記ゴム層の層厚変動に加えて被覆層の層厚変動も問題となる。
本発明は、温度・湿度環境変化があってもローラ外径が変化せず、常に同じ現像条件を維持できる現像ローラを提供せんとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意検討した結果、導電性ゴム層を薄くすればローラの外径変化を小さく出来ることを見出すにいたった。導電性ゴム層は薄いほど温度・湿度変化に伴う寸法変動は小さいが、あまり薄すぎると柔軟性が失われ、ゴム層を設けた意味がない。温度・湿度変化において前記問題の発生のない適正範囲はローラ外径と導電性支持体直径との径差が０．１ｍｍ以上４ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下となる範囲である。ここで適正範囲をゴム層の層厚で規定せずにローラ外径と導電性支持体直径との径差で規定したのは、層厚変動が無視できない被覆層が存在する場合をも想定したためである。現像ローラには導電性ゴム層の外側に抵抗調整や表面保護、更にはトナーの帯電調整を目的とした被覆層を１層〜４層積層する場合が多いが、これら被覆層の層厚が比較的厚い場合には、この被覆層の層厚変動もローラ外径の変動要素となる。一般的には被覆層は数ミクロン〜数十ミクロンオーダーの薄層であり、またその線膨張係数もゴム層に比して小さいから、被覆層が存在する場合であっても、その層厚変動は無視できる。しかしながら被覆層の層厚変動が無視できない場合も想定され、このような事情を総合的に勘案すると、ローラ外径の変動抑制の議論は、ローラ外径と導電性支持体直径との径差の変動抑制の問題として捉えることが適切と判断される。
【０００６】
前述したようにローラ外径と導電性支持体直径との径差の、より好ましい範囲は０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下である。
【０００７】
導電性ゴム層が硬すぎると、トナーの繰り返し使用の過程でトナー割れが発生し画像不良が発生することから、導電性ゴムにはトナー割れを生じない程度の柔らかさが必要である。この観点から導電性ゴム層の硬度はＪＩＳ  Ａ硬度で３０°以下となすことが適している。
【０００８】
また導電性ゴム層には無機フィラ−を充填するとローラ外径の変動はより小さくなる。無機フィラ−の充填量の好ましい範囲は２０重量％以上である。充填量の上限は成形性及び硬度の観点から適宜決めればよい。
【０００９】
このような構成の現像ローラはトナー割れを起こさない表面柔軟性を有しつつ、温度・湿度変化に対するローラ外径の変動も小さい。したがって、ローラ外径の変化、即ち、感光体と現像ローラとの距離の変化による感光体表面電位と現像ローラ表面電位の変動が少なくなり良好な現像特性が得られるようになる。また柔軟である場合にはトナー割れによる画像耐久性の低下も防ぐことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる現像ローラは導電性支持体の外側に導電性ゴム層を被覆し、必要に応じてその外側に抵抗調整や表面保護、更にはトナーの帯電調整等を目的とした被覆層を１層〜４層積層した構成である。導電性支持体としては金属シャフトや内部を空洞化した金属スリーブが使用できる。
【００１１】
図１として示すものは本発明の現像ローラの一実施例の構造を示している。この現像ローラは、ＳＵＳ製のシャフト２の外側に導電性ゴム層３、被覆層４を配した構成であり、ローラ外径は２０℃で５ｍｍ〜４０ｍｍの範囲内である。
現像ローラのローラ抵抗はシャフトの両端に５００Ｋｇの垂直荷重を加えた状態でＤＣ１００Ｖを印加したときに１０4 〜１０10オーム、好ましくは１０6 〜１０9 オームとなるよう調整する。抵抗調整はカーボンブラック等の充填量を調整することで行えばよい。
【００１２】
導電性ゴム層は、その硬度をＪＩＳ  Ａ硬度で３０°以下にする。３０°を超えるとゴム層の柔軟性が失われ、トナー割れの原因となる。導電性ゴム層の主成分である樹脂成分はウレタン、ＥＰＤＭ、シリコーン、ＮＢＲ等が使用できる。導電性ゴム層にシリカ、金属酸化物等の無機フィラ−を充填すると温度・湿度変化に対する寸法安定性がより高まる。無機フィラ−は２０重量％以上充填させることが好ましい。２０重量％未満では寸法安定性を高める効果が十分でない。
【００１３】
被覆層は、表面保護、抵抗調整、帯電調整等を目的とするもので、ナイロン樹脂、ウレタン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリカーボネートウレタン樹脂等によって形成している。層厚は通常１０〜５０μｍの範囲であるが、必要に応じてより厚くする場合もある。本実施例では被覆層は１層であるが、複数層設けてもよい。
【００１４】
本発明の現像ローラは、このような構成を前提にして、導電性ゴム層を薄くしたことが最大の特徴である。また、その層厚変動を無視できない被覆層が存在する場合には導電性ゴム層と被覆層との合計層厚を薄くすることが特徴である。導電性ゴム層の層厚は薄いほど温度・湿度変化に対する寸法安定性には優れるが、薄すぎるとゴム層としての柔軟性が失われ、トナー割れを起こす。
【００１５】
トナー割れを起こさず、ローラ外径変動を許容範囲内に収めるために本発明では、ローラ外径と導電性支持体直径との径差を０．１ｍｍ以上４ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定する。
【００１６】
【実施例】
本発明の効果を確かめるために、本実施例の現像ローラと比較例の現像ローラをそれぞれ複数種作製したうえ、温度・湿度環境を変化させてそれぞれの現像画像を評価した（５０００枚まで）。また補助データとして３５℃８５％ＲＨでの耐久性（２００００枚）の評価を実施した。ここで耐久性というのは現像装置を連続運転させたときの画質安定性を意味している。耐久性の低下の主たる要因はトナー割れにあると推測される。以下、評価試験の具体的内容について説明する。
【００１７】
１０ｍｍ、１９ｍｍ、２１ｍｍ、２３ｍｍの４種類のＳＵＳ製シャフトそれぞれに導電性ゴム層を被覆し、その上にハイムレンＮＰＵ−５（大日精化株式会社製エーテルウレタン）を約１５μｍの厚さで塗布して被覆層を形成し、仕上がり寸法の外径が２５ｍｍのローラを作製した。ローラ外径とシャフト径との径差はそれぞれ１５ｍｍ、６ｍｍ、４ｍｍ、２ｍｍである。また導電性ゴム層としては４種類のものを用いた。得られた現像ローラを、感光体表面との距離が２０℃６０％ＲＨ環境で３００μｍになるようにセッティングしたうえ、２０℃６０％ＲＨ環境と３５℃８５％ＲＨ環境の二つの異なる環境下で現像画像の評価を行った。画像は黒ベタで評価した。
【００１８】
４種類の導電性ゴム層１〜４はそれぞれ以下の組成を有するものを各作製手順にしたがってシャフトの周りに形成した。
＜導電性ゴム層Ｎｏ．１＞
・数平均分子量（Ｍｎ）８，０００、分子量分布２の末端アリル化ポリオキシプロピレン系重合体：１００重量部に対して、
・ポリシロキサン系硬化剤（ＳｉＨ価０．３６モル／１００ｇ）：６．６重量部、
・塩化白金酸の１０％イソプロピルアルコール溶液：０．０６重量部、
・カーボンブラック３０３０Ｂ（三菱化学製）：７重量部
を混合し、減圧（１０ｍｍＨｇ以下、１２０分）脱泡した。得られた組成物をＳＵＳ製シャフトの周りに被覆し、金型内１２０℃の環境下で３０分間静置して硬化させ、この時点で外径２５ｍｍ弱のローラを作製した。ＪＩＳ  Ｋ  ６３０１Ａ法に記載された方法に準じて測定したゴム層のみのＪＩＳ  Ａ  硬度は１５°であった。
【００１９】
＜導電性ゴム層Ｎｏ．２＞
・ジブチルスズラウレート触媒存在下、数平均分子量（Ｍｎ）８，０００のポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）の両末端にイソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）を８０℃、２時間反応させて、イソシアネート末端にしたプレポリマー（２３℃、４ｒｐｍで３５０Ｐ）：１００部に対して、
・数平均分子量（Ｍｎ）３，０００のポリオキシプロピレントリオール（ＰＰＴ）：２５重量部、
・スズ系触媒：０．０１重量部、
および
・カーボンブラック３０３０Ｂ：７重量部、
を含む組成物を８０℃、４時間で硬化させてゴム弾性体を作製した。ゴム層のみのＪＩＳ  Ａ  硬度は約３０°であった。
【００２０】
＜導電性ゴム層Ｎｏ．３＞
日本ポリウレタン株式会社製のＣ−４１９０（主鎖がポリエーテルでＮＣＯ含量４．５％、粘度７００ｃｐｓ／７５℃）が１００重量部、４，４′メチレンービス−２クロロアニリンが１２．９重量部、ケッチェンブラックＥＣが０．８重量部よりなる組成物を、８０℃、５時間硬化させてゴム弾性体を作製した。ゴム層のみのＪＩＳ  Ａ  硬度は７８°であった。
＜導電性ゴム層Ｎｏ．４＞
導電性ゴム層１の配合の中に酸化マグネシウム２０重量部を添加したもの（無機フィラー分（３０３０Ｂ、ＭｇＯ）２０．２％）を作製した。ＪＩＳ  Ｋ  ６３０１  Ａ法のＪＩＳ  Ａ  硬度は１７°であった。
【００２１】
以上の手順により作製した導電性ゴム層１〜４を前述したように外径の異なるシャフト上に形成し、表１で示すような実施例１〜７と比較例１〜３の現像ローラを得て、これらについて画像評価と連続現像時の耐久性を５０００枚、１００００枚、１５０００枚、２００００枚現像時の画質で評価した。結果を表１に示す。尚、表１中において、画像評価及び耐久性評価を示す○△×はそれぞれ次の意味である。
【００２２】
【表１】
0003853912.tif 000002
【００２３】
0003853912.tif 000003
【００２４】
表１の結果から次の事が分かる。
ローラ外径と導電性支持体直径との径差が４ｍｍを超える比較例１、２、３の現像ローラは、２０℃６０％ＲＨ環境下では画像は良好ではあったものの３５℃８５％ＲＨ環境下では画像不良が発生している。これに対してローラ外径と導電性支持体直径との径差を０．１ｍｍ以上４ｍｍ以下に設定した本実施例１〜７の現像ローラでは、径差が４ｍｍである実施例２、４、６において温度・湿度変化による画像不良の兆候がやや見られるものの、その他のものは温度・湿度変化による画像不良はなく、温度・湿度変化に対する画像安定性に優れていることがわかる。また実施例２、４、６と同じように径差が４ｍｍである実施例７では温度・湿度変化による画像不良の発生はなかったことから、径差４ｍｍでもゴム層の材料選択により画像不良は克服できると推測される。
また本実施例１〜７の現像ローラは５０００枚までの連続現像に対してはいずれも画像は良好であったが、１５０００枚を超えると硬いゴム層を使用した実施例５、６の現像ローラには画質低下が見られるようになった。このことから長期にわたって画質を安定させるにはゴム層は柔らかいほうが有利であるとの結論を得た。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の現像ローラは、ローラ外径と導電性支持体直径との径差を０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定し、導電性ゴム層を薄くしたから、温度・湿度環境変化に対する寸法安定性が優れている。しかも、導電性ゴム層のＪＩＳ Ａ硬度を３０°以下となして、ゴム層の柔軟性を高めていることから、ゴム層はより薄くでき、寸法安定性を一層高めることができるとともに、トナー割れを起こさない程度の柔軟性は確保しているから、トナーの繰り返し使用における耐久性低下の問題もなく、したがって温度・湿度環境が変化するような環境下でも現像条件を安定させることができるとともに長期にわたって良好な現像を維持できる。
【００２６】
請求項２記載のように導電性ゴム層に無機フィラ−を２０重量％以上含ませた場合も、寸法安定性がより高まる。
【００２７】
請求項３記載のようにゴム層の外側に、抵抗調整や表面保護、更にはトナーの帯電調整等を目的とした被覆層を積層した場合でも、ローラ外径と導電性支持体直径との径差を規定してなるので、温度・湿度環境が変化するような環境下でも現像条件を安定させることができるとともに長期にわたって良好な現像を維持できる。
【００２８】
請求項４記載のように、被覆層を、ナイロン樹脂、ウレタン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリカーボネートウレタン樹脂等によって形成し、その層厚を１０〜５０μｍの範囲内とすることで、被覆層の線膨張係数も導電性ゴム層に比して小さく、またその層厚も１０〜５０μｍと小さいため、その層厚変動は無視できるうえ、ローラ外径と導電性支持体との径差を規定することでローラ外径の変動を抑制してなるので、被覆層を形成した現像ローラにおいても、温度・湿度環境が変化するような環境下でも現像条件を安定させることができるとともに長期にわたって良好な現像を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の現像ローラの一実施例を示す断面説明図
【図２】  現像装置の概要を示す説明図
【符号の説明】
１  現像ローラ          ２  シャフト
３  導電性ゴム層        ４  被覆層
１０  トナーボックス    １１  トナー
１２  感光体
【図１】
0003853912.tif 000004
【図２】
0003853912.tif 000005