JPH11143215A - 現像ローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 導電性基体上に高分子材料の層と、導電性フ
ィラーが主に配合された材料で形成される層との少なく
とも２層構造を有し、初期及び経時で高画質な画像を得
ることを可能とする現像ローラを提供する。 【解決手段】 芯金３上の第１層４が導電性複合繊維１
より形成され、外周の第２層５が導電性複合繊維２より
形成されている。導電性複合繊維１は、高分子材料（ベ
ースポリマー）ａの周りに導電性組成物（マトリクスポ
リマー＋導電性フィラー）ｂが被覆されている。導電性
複合繊維２は、導電性組成物ｂの周り（表面）に高分子
材料ａが被覆されている。第１層４は導電性複合繊維１
の表層の導電フィラーがお互いに接触するため半径方向
の抵抗を低く制御できる。第２層５は、導電性フィラー
が内面側にあるため互いの繊維間で接触しない。

Description

【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、ファクシミ
リ、レーザプリンタ等の電子写真方式の現像装置に用い
られる現像ローラ、トナー担持体に関し、さらに詳しく
はローラ表面に直接トナーまたは現像剤が接触するスリ
ーブを用いない直接接触式電子写真現像法に適した特性
を有する誘電体現像ローラに関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】複写機
やファクシミリ等に用いられる現像ローラは、一般的に
は、導電性基体、即ち芯金と、芯金の周りに被覆された
誘電層を備える。誘電層は少なくとも１種類以上の高分
子化合物に導電性のフィラーが配合されている。このよ
うな高分子材料は、熱可塑性樹脂が一般的に使用され、
ポリプロピレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリオ
レフィン等が挙げられる。また、樹脂に要求される特性
としては、トナーとの帯電特性、トナーの離型性（フィ
ルミング／トナー担持体へのトナーの固着具合）、機械
強度、加工性及びフィラー添加の際の充填性、均一分散
性により決定される。さらに、導電性フィラーにはカー
ボンブラック、酸化チタン、酸化鉄等の金属酸化物が多
く用いられる。これらの材料は、樹脂（粉体またはコン
パウンド）とフィラーと必要に応じて添加剤を加えて混
合混練を行って造粒し、コンパウンドに作製される。そ
してこのコンパウンドを用いて押出成形または射出成形
でローラ形状に形成する。一方、塗装を用いて形成する
場合には、溶剤中に樹脂及びフィラーを分散してスプレ
ー塗装、ディッピング等の工法によって塗膜を形成す
る。

【０００３】このような現像ローラは、回転駆動される
ことによりトナーを担持しつつ潜像担持体に搬送する機
能を持っている。磁性トナーを用いる１成分現像装置に
使用されるほとんどの現像ローラは、フェライト等の磁
性体を含む樹脂材料またはゴム材料の誘電材料を被覆層
として芯金の表面に被覆してなり、被覆層を磁化させて
複数の磁極を有する構造をとっている。また、非磁性ト
ナーを用いる１成分現像装置に使用される現像ローラも
ほぼ同一構造であるが、非磁性で構わないため、樹脂材
料またはゴム材料の単独使用（添加剤の配合も含む）、
または抵抗制御剤として例えばカーボン等の非磁性体の
充填剤を含む樹脂材料またはゴム材料の誘電材料を被覆
層として芯金表面に被覆する。場合によっては塗装等に
より幾層か積層させた構造をとるものもある。

【０００４】また、このような現像ローラは、トナーの
摩擦帯電及び磁気特性（磁性トナーの場合のみ）により
トナーを担持し、感光体（潜像担持体）と対向する位置
に搬送し、潜像担持体に形成された静電潜像部にトナー
を転移させるが、その際に現像ローラにバイアスをかけ
る場合もある。このような機能から、現像ローラには所
定の電気特性、具体的には体積固有抵抗及び誘電率と、
磁性トナーを用いる場合には磁気特性が必要となる。ま
た、直接現像ローラ上にトナーを担持するために形状、
具体的には外径、振れ、表面粗さ、うねり等が必要とな
る。磁性または非磁性のどちらのトナーを用いる場合に
も上記特性のうち電気特性が一番重要な特性である。

【０００５】従来は現像ローラの半径方向（厚み方向）
の電気特性は均一にすることで対応できたが、現在の高
画質な要求を満足するためには表層と内層で求められる
電気特性が異なり、具体的には半径方向で抵抗が異なる
現像ローラが要求されている。さらに具体的には、高画
質を達成するには、現像ローラ上に微細な電界を発生さ
せることが必要となり、そのためには現像ローラの表面
抵抗を半径方向で導電性基体の抵抗より高くすることが
望ましい。

【０００６】その対応として、表層の抵抗は中〜高抵
抗、内層は低〜中抵抗が要求されている。このため、内
層には樹脂またはゴムに導電性フィラーを配合して低〜
中抵抗とし、表層は樹脂、ゴムまたは帯電制御剤等のみ
または僅かに導電性フィラーを充填した材料で形成して
中〜高抵抗にするような２層またはそれ以上の複層の構
造のローラが求められている。例えば特開平２−２２６
２７５号公報に開示の制電性現像ロールでは、導電性の
金属芯体の外周に弾性体層を、その上にポリアルキレン
エーテル共重合体を分散させた熱可塑性樹脂層を、更に
その上に制電性繊維層を積層させた現像ローラが提案さ
れている。

【０００７】このような複層構造の形成には一般的に塗
装を用いることが多いが、塗膜の耐久性（経時での磨
耗、剥がれ等）の問題が多く、加工工程が多くコストが
高い等の問題がある。一方現状では、単層（１層）構造
は加工工程が少ないため、低コスト化は可能だが、複層
構造のように半径方向で抵抗に変化を持たせることは難
しい。

【０００８】また一般的には、単層構造はもちろん、複
層構造の第１層（芯金上）は射出成形、押出成形等によ
りローラ形状を形成するが、その際にはコンパウンド
（ペレット）等を用いることが多い。コンパウンドはベ
ース樹脂（粉体またはコンパウンド）とフィラー（粉
体）を混合混練して作製する。このため、混合混練の際
にフィラーをいかにベース樹脂に均一に分散させるかが
抵抗等の電気特性の制御に影響する重要な点となる。こ
れは樹脂に限らずゴムでも同様である。フィラーの分散
状態が不均一だと部分的に低抵抗または高抵抗の部分が
発生してトナーの付着量、帯電量が不均一になり画像上
の濃度ムラに繋がる。また、フィラーの不均一分散によ
り経時での樹脂の応力緩和が生じ、これによりフィラー
間の密着性が異なり、経時で抵抗変動が、しかも部分的
に異なる変動が発生してしまう。その結果、上述したよ
うに経時でのトナー特性つまり画像特性が変動してしま
う。

【０００９】本発明は上記従来の問題点に鑑み、初期及
び経時で高画質な画像を得ることを可能とする現像ロー
ラを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の現像ローラのう
ち請求項１に係るものは、上記目的を達成するために、
導電性基体上に高分子材料の層と、導電性フィラーが主
に配合された材料で形成される層との少なくとも２層構
造を有する現像ローラにおいて、上記導電性基体上の第
１層が高分子材料の表層に導電性フィラーを含む導電性
高分子材料を被覆した第１の複合導電性繊維より形成さ
れ、上記第１層上の第２層が上記第１層とは逆に導電性
ポリマーの表層に高分子材料が被覆された第２の複合導
電性繊維より形成されていることを特徴とする。

【００１１】同請求項２に係るものは、上記第１層及び
上記第２層とも、少なくとも上記第１の複合導電性繊維
と上記第２の複合導電性繊維を混合して用いて形成し、
かつ上記第１層よりも上記第２層中の上記第２の複合導
電性繊維の混合比を大きくしたことを特徴とする。

【００１２】同請求項３に係るものは、上記第１の複合
導電性繊維に用いられる高分子材料が、上記第２の複合
導電性繊維に用いられる高分子材料より高融点であるこ
とを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。本発明に係る現像ローラの実施形態
では、上記従来の材料に代えて導電性複合繊維を用い
る。導電性複合材料は、まずマトリクスポリマーに導電
性フィラーを混合して導電性組成物を作る。またベース
ポリマーを要求された構造になるように混練配列して湿
式紡糸または溶融紡糸を行い作製する。マトリクスポリ
マーとしてはポリエチレン、ナイロン等を用い、導電性
フィラーには上記従来の例のフィラーと同様にカーボン
ブラック、酸化チタンや酸化鉄等の金属酸化物を用い
る。できあがった繊維の代表的な断面構造を図１、２で
示す。

【００１４】図１に示す導電性複合繊維１は、高分子材
料（ベースポリマー）ａの周り（表面）に導電性組成物
（マトリクスポリマー＋導電性フィラー）ｂが被覆され
ている。一方、図２に示す導電性複合繊維２は、導電性
組成物ｂの周り（表面）に高分子材料ａが被覆されてい
る。このため、図１に示す導電性複合繊維１は図２に示
す導電性複合繊維２より表面抵抗が低くなる。

【００１５】図３に示す本発明に係る現像ローラの実施
形態は、芯金３上の第１層４が導電性複合繊維１より形
成され、外周の第２層５が導電性複合繊維２より形成さ
れている。この構造では、第１層４は導電性複合繊維１
の表層の導電フィラー（導電性組成物）がお互いに接触
するため半径方向の抵抗を低く制御できる。一方、第２
層５は、第１層４とは逆に、導電性フィラーが内側にあ
って基本的には互いの繊維間で接触しない構造である。
もちろん、第２層５の形成時に繊維表面のベースポリマ
ーは溶融させてローラ表面を形成するため、導電性フィ
ラー同士の接触はあり得るが、導電性複合繊維１に比べ
ると非常に少ない。

【００１６】また、第１層４、第２層５とも繊維を用い
ているので、コンパウンドより導電性フィラーと高分子
材料の均一分散が可能となっている。粉体で混合混練す
るコンパウンドの方が導電性フィラーは高分子中に細か
く分散しているはずであるが、逆に不均一になりやす
く、かつ導電性フィラーが混練時の圧力により剪断され
ることも多いためである。一方、導電性複合繊維１、２
ではコンパウンドよりは細かく導電性フィラーを分散さ
せるのは難しいが、すでに導電性フィラーが高分子中に
均一に配列されているため、現像ローラの層を形成する
際にはコンパウンドより均一に分散させることが可能で
ある。

【００１７】また導電性複合繊維１、２では、導電性フ
ィラーが均一に配列されているため、経時で樹脂が応力
緩和等により収縮してもフィラー間の位置関係が影響を
受けにくく、換言すれば抵抗の変動が少ない。このた
め、トナー特性、即ち画像特性が変動しにくくなる。

【００１８】また本発明の実施形態としては、導電性複
合繊維１、２を混合して用いるものがある。このように
すると、抵抗の微調整が可能となり、かつ導電性複合繊
維繊維２の混合比を第１層４より第２層５を大きくする
ことで、現像ローラ表層抵抗が芯金３側より高くでき、
トナー特性に合わせた微調整が可能である。

【００１９】第１層４、第２層５の形成方法としては、
芯金３上に導電性複合繊維１、２を巻き付けてから金型
内等で導電性複合繊維１、２を加熱（ヒータ、誘導加熱
等により）して繊維間を固着させる方法や、繊維を粉砕
してコンパウンドと同様に扱い、押出成形、射出成形で
繊維を溶融させてローラ形状を形成する方法が採用でき
る。その際に、第１層４が第２層５の高分子材料より高
融点であれば、導電性複合繊維２を溶融して第２層５を
形成する際に、第１層４を溶融させることなく、つまり
壊すことなく形成できる。

【００２０】

【発明の効果】請求項１の現像ローラにおいては、以上
説明してきたように、導電性基体上の第１層が高分子材
料の表層に導電性フィラーを含む導電性高分子材料を被
覆した第１の複合導電性繊維より形成され、上記第１層
上の第２層が上記第１層とは逆に導電性ポリマーの表層
に高分子材料が被覆された第２の複合導電性繊維より形
成されてなるものとしたので、導電性基体側の第１層と
その表層の第２層で異なる構造の導電性複合繊維を用い
ることになり、第２層より第１層の抵抗が高く、かつ局
所的にも均一な抵抗を制御することができ、初期及び経
時での抵抗の均一性、安定性、即ち高画質な画像を得る
ことが可能なものとすることができるという効果があ
る。

【００２１】請求項２の現像ローラにおいては、第１層
及び第２層とも、少なくとも第１の複合導電性繊維と第
２の複合導電性繊維を混合して用いて形成し、かつ第１
層よりも第２層中の第２の複合導電性繊維の混合比を大
きくしたので、第１、第２の両層に２種類の導電性複合
繊維の混合比を変えて用いることになり、上記共通の効
果に加え、層の抵抗が混合比で微調整可能となり、より
安定した画像を得ることが可能なものとすることができ
るという効果がある。

【００２２】請求項３の現像ローラにおいては、第１の
複合導電性繊維に用いられる高分子材料が、第２の複合
導電性繊維に用いられる高分子材料より高融点のものと
したので、上記共通の効果に加え、導電性複合繊維を加
熱溶融して第１層上に第２層を形成（押出成形、射出成
形等）する際に、第１層の導電性複合繊維が溶融しない
ため、層構造を壊すことなく複層化が可能となり、加工
工数の低減が図れ、低コストで製造できるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る現像ローラの一実施形態に用いる
第１の導電性複合繊維の断面図である。

【図２】本発明に係る現像ローラの一実施形態に用いる
第２の導電性複合繊維の断面図である。

【図３】本発明に係る現像ローラの一実施形態を示す断
面図（Ａ）と拡大断面図（Ｂ）である。

【符号の説明】

１、２ 導電性複合繊維 ａ 高分子材料（ベースポリマー） ｂ 導電性組成物（マトリクスポリマー＋導電性フィラ
ー） ３ 芯金 ４ 第１層 ５ 第２層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性基体上に高分子材料の層と、導電
   性フィラーが主に配合された材料で形成される層との少
   なくとも２層構造を有する現像ローラにおいて、上記導
   電性基体上の第１層が高分子材料の表層に導電性フィラ
   ーを含む導電性高分子材料を被覆した第１の複合導電性
   繊維より形成され、上記第１層上の第２層が上記第１層
   とは逆に導電性ポリマーの表層に高分子材料が被覆され
   た第２の複合導電性繊維より形成されていることを特徴
   とする現像ローラ。
2. 【請求項２】 上記第１層及び上記第２層とも、少なく
   とも上記第１の複合導電性繊維と上記第２の複合導電性
   繊維を混合して用いて形成し、かつ上記第１層よりも上
   記第２層中の上記第２の複合導電性繊維の混合比を大き
   くしたことを特徴とする請求項１の現像ローラ。
3. 【請求項３】 上記第１の複合導電性繊維に用いられる
   高分子材料が、上記第２の複合導電性繊維に用いられる
   高分子材料より高融点であることを特徴とする請求項１
   または２の現像ローラ。