JPH1173006A - 半導電性ロールおよびこれを用いた現像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】印字耐久性および耐環境性にすぐれ、トナーの
安定した供給能力を有し、高品位の画像が得られる電子
写真式プリンターなどの現像ロールに用いられる半導電
性ロールおよびこれを用いた現像装置を提供する。 【解決手段】導電性軸体１の周囲に、表面が表面粗さRz
＝10μｍ以下に仕上げられた弾性半導電体層２を有する
ロールであって、弾性半導電体層２の周囲の印字領域全
域にわたって、ロールの周方向に溝幅１〜50μｍ、溝深
さ５〜30μｍ、溝ピッチ２〜100 μｍの範囲で、溝３が
螺旋状に定ピッチで設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、潜像担持体上に形
成された静電潜像を、摩擦帯電トナーによって可視化す
る現像装置の現像ロールに用いられる半導電性ロールお
よびこれを用いた現像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】導電性軸体の周囲に弾性半導電体層が形
成されたロール状のトナー担持体の周面上に、薄層状態
で担持された摩擦帯電トナーによって、感光ドラムなど
の潜像担持体上に形成された静電潜像を可視化する現像
装置には、半導電性ロールが現像ロールとして用いられ
ている。この半導電性ロールについては、導電性、耐環
境性、低硬度、摩擦帯電性等が要求される。このため、
ウレタンゴム、ＮＢＲ、シリコーンゴム等を素材とし、
これに導電性付与剤として、イオン伝導性添加剤または
電子伝導性充填材を添加して半導電性を付与したロール
がある。

【０００３】印字濃度を制御する方法として、特開平8-
44149 号公報（導電性ローラ及びこれを用いた装置）に
は、接触現像装置における現像ロール表面の現像材層の
厚さを規制する規制部材の圧力むらにより、現像ロール
の長手方向の中心付近が静電潜像担持体と当接しなくな
るのを防止するため、良導電性シャフトの外周に導電性
を有する弾性層が形成された導電性ロールの表面に、長
手方向が導電性ロールの回転方向にほぼ沿う微小な凹溝
を形成することにより印字濃度むらを改善することが開
示されている。

【０００４】また、画像精度を向上する方法として、特
開平8-328374号公報（画像形成装置用現像ローラ及びそ
の製造方法）には、画像高精細化の要求によるトナー粒
子の微細化に伴い、レーザー源より出力したレーザー光
をパルス化し、パルス化されたレーザー光を光学系を介
して、直線状に所定ピッチ間隔に配列した点状ビームに
成形し、この点状ビームを、回転する画像形成装置用円
筒部材の表面に照射して、この円筒部材表面に所定ピッ
チの凹状部を形成することにより、アルミニウム製現像
スリーブ表面の凹凸面の微細化を図ることが開示されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の、例えばウ
レタンゴムあるいはNBR を使用した半導電性ロールは、
低硬度化のために種々のプロセスオイルや軟化剤等の液
剤が添加されているため、ブリード防止層として、ウレ
タンコーティング、ナイロンコーティングを初めとする
種々の樹脂による保護層が設けられているが、耐環境特
性は必ずしも満足できるものではない。特に、高温・高
湿の環境下に長時間放置されると、極端な場合には樹脂
成分が加水分解して、潜像担持体である感光ドラムに固
着したり、温度・湿度の変動により、半導電性ロールの
帯電特性が大きく変化するという不具合があった。

【０００６】さらに、従来の半導電性ロールは、トナー
に対する帯電特性に環境依存性があり、帯電量分布がブ
ロードで、帯電量不足による地汚れ（以後、カブリとい
う）を引き起こすことがあった。一方、素材にシリコー
ンゴムを使用した半導電性ロールは、負帯電トナーに対
する耐環境性が非常に安定し、トナーの帯電量分布も非
常にシャープであるが、高速化にともない印字濃度が不
足するという不具合があった。

【０００７】本発明は、上記した従来の問題を解決する
ものであり、印字耐久性および耐環境性にすぐれ、トナ
ーの安定した供給能力を有し、高品位の画像が得られる
電子写真式プリンターなどの現像ロールに用いられる半
導電性ロールおよびこれを用いた現像装置を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の半導電性ロール
は、導電性軸体（以下、単に軸体という）の周囲に、表
面が表面粗さRz＝10μｍ以下に仕上げられた弾性半導電
体層（以下、単に弾性体層という）を有するロールであ
って、弾性半導電体層の周囲の印字領域全域にわたっ
て、ロールの周方向に溝幅１〜50μｍ、溝深さ５〜30μ
ｍ、溝ピッチ２〜100 μｍの範囲で、溝が螺旋状に定ピ
ッチで設けられている。螺旋状の溝加工をする前の表面
粗さがRz＝10μｍを超えた場合、後から溝付け加工を行
っても、溝の深さが浅い部分と極端に深い部分が共存す
ることになり、均一なトナー搬送力が得られない。すな
わち、トナーの層厚のむらが大きくなり、印字濃度の濃
淡不良が発生しやすく適当でない。また、Rzがより小さ
い場合、溝部分で十分なトナー搬送能力をもつことか
ら、弾性体層の表面粗さが滑らかであっても（Rz≒０μ
ｍでも）問題はない。このロールの周面に、紫外線照射
または電子線照射して表面硬化処理をしてもよい。この
紫外線照射または電子線照射は、ロールの周面に溝を螺
旋状に設ける溝付け加工の前でも後でもよい。また、ト
ナーに対するロール表面の帯電特性を向上させるため、
ロールの周面に、シランカップリング剤を塗布してシラ
ンカップリング剤処理層を設けるのが好ましい。このよ
うにして製作された半導電性ロールは、現像装置の現像
ロールとして好適に用いられる。

【０００９】溝の形状は、溝幅１〜50μｍ、溝深さ５〜
30μｍで溝ピッチ２〜100 μｍの範囲にあることが必要
であり、ロールの周面に、その軸長に沿って溝が螺旋状
に定ピッチで設けられる。溝の幅と深さがこの範囲未満
では、トナー搬送量の増加に寄与せず、この範囲を超え
ると、逆にトナー搬送量が過剰になり、よりカブリが増
す。溝ピッチはこの範囲外では解像力が不十分となる。
また、溝加工の範囲は、印字領域全般にあたるゴム部と
される。印字領域外の部分、特に半導電性ロール両端の
部分については溝加工を行わない。この最大の理由はト
ナー洩れ防止である。通常、両端部については、トナー
洩れ防止のためにシール材を配置してあるが、その部分
のロール側の溝の幅及び深さがトナー粒径と同程度かあ
るいはそれを超えた場合には、シール効果が見込めなく
なり、トナー洩れが発生しやすく、さらにトナーシール
部材との摩擦により現像ロール表面が摩耗しやすいが、
溝加工することにより、より耐摩耗性を低下させる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の半導電性ロールとこれを
用いた現像装置について、図１〜図３をもとにさらに詳
細に説明する。図１は、本発明の半導電性ロールの概略
を示す斜視図であり、軸体１の周囲に半導電性シリコー
ンゴム層２を形成した後、溝付け加工により周方向に多
数の溝３を螺旋状に設けたものである。図２（ａ）は、
図１に示す半導電性ロールに、紫外線または電子線を照
射して表面の硬化を促進した表面硬化シリコーンゴム層
４を設けたものである。図２（ｂ）は、この上にさらに
シランカップリング剤を塗布してシランカップリング剤
処理層５を設けたものである。

【００１１】図３は、本発明の半導電性ロールを現像ロ
ールとして用いた現像装置の一例として、電子写真式プ
リンターの概略を示したものである。筐体11の内部に
は、潜像担持体である感光ドラム12が配設されている。
帯電ロール13は感光ドラム12の表面を一様にマイナスに
帯電した後、LED アレイ14からLED 光を照射して感光ド
ラム12の表面に潜像を形成する。この潜像は、現像ロー
ル15の表面に担持されたトナーによって可視像化され、
転写ロール16によって記録紙17に転写される。現像ロー
ル15は、摩擦帯電ブレード18によって一様に帯電され、
トナー搬送ロール19の表面に担持されたトナーを受け取
る。トナーはトナー供給機20から供給される。なお、符
号21は、感光ドラム12に付着する残留トナーを除去する
ためのクリーニングロールである。

【００１２】軸体に使用する素材には、鉄、アルミニウ
ム、SUS 、真鍮等の導電性金属の他、熱硬化性樹脂にカ
ーボンブラック、金属粉末等を配合した導電性樹脂、あ
るいは熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等の絶縁体表面に金
属メッキを施して導電体化したものが挙げられ、加工
性、経済性等を勘案して適宜選択すればよい。

【００１３】弾性体層としてのシリコーンゴム層には、
ポリオルガノシロキサンにシリカ、導電性粉末等を配合
し、加硫剤で架橋したものが用いられる。具体的には、
ポリオルガノシロキサンとして、例えば、ジメチルシリ
コーン、メチルビニルシリコーン、メチルフェニルシリ
コーン等のいずれか１つ以上に、煙霧質シリカ、沈降性
シリカ、導電性充填材等を用いて所望の配合をなし、パ
ーオキサイド、白金触媒存在下のハイドロジェンシロキ
サン等の加硫剤とともに混練したものが用いられる。

【００１４】上記導電性充填材には、導電性カーボンブ
ラック、ニッケル、アルミニウム、銅等の金属粉末、酸
化亜鉛、酸化錫等の金属酸化物、あるいは硫酸バリウ
ム、酸化チタン、チタン酸カリウム等の芯材に酸化錫を
コーティングしたもの等が挙げられる。なお、シリコー
ンゴムの体積固有抵抗は１０¹ 〜１０⁹ Ω・ｃｍとす
る。体積固有抵抗がこの範囲外では、カブリの発生、転
写効率の低下、印字濃度の不適合等の不具合が発生しや
すい。

【００１５】成形にあたっては、軸体とシリコーンゴム
組成物を、押出し機でクロスヘッドを用いて、一体化し
て分出しした後、ギヤーオーブンまたはＩＲ炉（赤外線
加熱炉）で一次加硫する方法、あるいは軸体を金型にセ
ットした後、シリコーンゴム組成物を注入し、常温また
は加熱下で一次加硫する方法、あるいは軸体とシリコー
ンゴム組成物を同時に金型内で加熱、圧縮成形する方法
等が用いられる。その後、ギヤーオーブン等の加熱手段
で一定時間二次加硫して物性を安定化するとよい。

【００１６】成形されたロールは、円筒研削盤、ショッ
トブラスター、サンドブラスター、ラッピング機、バフ
機等にかけて表面粗さRzを10μｍ以下に仕上げた後、ロ
ールの軸体を軸として回転させながら、YAG レーザー、
エキシマレーザー等のレーザー加工機を用いて、あるい
はその他の汎用の加工方法により、ロールの周方向に沿
って螺旋状に溝が設けられる。

【００１７】溝付け加工後、紫外線照射または電子線照
射が行われる。この照射処理によりロールの表面をより
硬化させることができ、耐摩耗性が向上する。この紫外
線または電子線の照射は溝を設ける前に行ってもよい。
何故ならば、紫外線照射または電子線照射が溝加工の前
であっても、後であっても、本発明で必要とする材料強
度の向上が認められる。ただし、ゴム表面への浸透深さ
という観点からみた場合、紫外線については、ごく最表
面にしか浸透せず、照射後に溝加工を行った場合、溝内
面はもとの材料強度に近いため、より好ましくは溝加工
後に紫外線照射すべきである。これに対して、電子線照
射の場合、浸透深さは数百μｍに達するため、照射前に
溝加工しても、照射後に溝加工しても、溝内面の材料強
度は向上している。

【００１８】さらにまた、ロールの帯電特性を制御する
ために、ロールの表面にアミノシランなどのシランカッ
プリング剤をパッドを用いて塗布することもできる。シ
ランカップリング剤の塗布により、トナーの帯電特性を
最適な状態に制御することができ、印字特性をより一層
改善することができる。塗布の方法は、この方法に限ら
ず、スプレー塗布、ディッピング、ロールコーティング
等の塗工方法を任意に選択することができる。また、シ
ランカップリング剤の乾燥を早めるために、適当な温度
で加熱することもできる。

【００１９】弾性体層の支持体でもある軸体は、その一
端を接地あるいはバイアス電圧を印加することにより、
静電潜像担持体の帯電、トナーへの電荷の注入、静電潜
像担持体へのトナーの搬送による静電潜像の現像等の性
能を得るものである。弾性体層は、帯電工程、現像工程
での電極として、さらにトナーへの接触帯電、電荷注入
用の電極として機能するものであり、トナー搬送工程、
現像工程では、その表面の凹凸およびファンデルワール
ス力、鏡像力、クーロン力等により半導電性ロールの表
面でトナーを担持、搬送するものである。

【００２０】ロールの表面は、紫外線または電子線照射
により、表面硬度が増し、耐摩耗性が向上し、印字耐久
試験後においても凹凸の変化が少なく、トナーの搬送能
力の低下が極めて少ない。トナーへの帯電は、摩擦帯電
ブレードやトナー搬送ロール、静電潜像担持体と半導電
性ロールである現像ロールの表面との摩擦により行われ
るが、現像ロールの表面に、その周方向に溝付け加工し
て螺旋状に溝を一定ピッチで設けることにより、現像ロ
ールの全周面にわたって、トナーの層厚を厚く一定の厚
さに形成することができる。それと同時に、トナーが溝
内をスムーズに流動することができるようになり、現像
ロール表面へのトナーの接触確率が高められるため、ト
ナーへの帯電特性を制御することができる。これによっ
て、帯電量（平均値）を安定化することができ、カブリ
を低減することができる。なお、カブリは、帯電量の絶
対値が低い場合に発生すると考えられており、その発生
のメカニズムは、現像ロールへのトナー接触確率および
現像ロールからのトナーへの電荷の注入のし易さ等に依
存すると考えられている。

【００２１】さらに、トナーの帯電量を制御するには、
シランカップリング剤などの電子供与性基あるいは電子
受容性基を含む原子団を有する化合物を、ロールの表面
に塗布することにより、トナーの帯電量分布がシャープ
にかつ必要な電位まで帯電することができ、印字濃度が
安定し、同時にカブリの無い高品位の印字画像を得るこ
とができる。なお、本発明の半導電性ロールは、弾性体
層にシリコーンゴムを使用しているため、温度・湿度に
対する耐環境性に優れている。

【００２２】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明をさらに具体的
に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定される
ものではない。 実施例１ 軸体として、SUM22 に無電解ニッケルメッキした直径10
ｍｍ、長さ 250ｍｍのシャフトを用い、この周面に、シ
リコーン系プライマー・プライマーNo.16 （信越化学工
業社製、商品名）を塗布した後、ギヤーオーブン中で 1
50℃、10分間焼き付け処理を行って軸体を作製した。導
電性シリコーンゴム組成物としては、有機過酸化物反応
型のシリコーン生ゴム・KE−78VBS （信越化学工業社
製、商品名）100 重量部に、カーボンブラック・サーマ
ルブラック（旭カーボン社製、商品名）10重量部、煙霧
質シリカ系充填材・アエロジル200(日本アエロジル社
製、商品名）25重量部を添加し、加圧ニーダーで混練し
て、導電性を有するシリコーンゴム組成物を調製した。

【００２３】このシリコーンゴム組成物に、有機過酸化
物系加硫剤・C-8 （信越化学工業社製、商品名）2.0 重
量部を添加した後、内径20ｍｍの円筒型キャビティーを
有する圧縮成形金型のキャビティー内に軸体とともにセ
ット、充填し、175 ℃、10分間加硫接着成形した。その
後、ギヤーオーブン中で200 ℃、７時間の二次加硫を行
い、表面を円筒研削盤で研磨して、直径18ｍｍ、ゴム部
の長さ210 ｍｍ、表面粗さ8.5 μｍ（Rz）のロールとし
た。次いで、このロールをその軸回りに回転させながら
表面に、YAG レーザー加工機を用いて、ロールの周方向
に幅25μｍ、深さ20μｍ、ピッチ50μｍで螺旋状に溝を
形成し、半導電性ロールを製作した。さらに、この半導
電性ロールの表面に、低圧水銀灯による紫外線照射を行
い、印字耐久性を高めた。

【００２４】実施例２〜４ 実施例１と同様にしてロールを作製し、溝の幅、深さ、
ピッチを変えて実施例２〜４の半導電性ロールを製作し
た。

【００２５】実施例５ 実施例１で得た半導電性ロールを、この軸体を回転軸と
して回転させながら、２官能型シランカップリング剤で
あるγ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン・KBE
−902(信越化学工業社製、商品名）10重量部をトルエン
100 重量部で希釈した溶剤を、パッドを用いてロール表
面に塗布した。その後、ギヤーオーブンで150 ℃、１時
間乾燥させ、半導電性ロールを製作した。

【００２６】次に、製作した各半導電性ロールを、静電
潜像を可視化する現像装置の現像ロールとして、市販の
負帯電トナーを用いる電子写真式プリンターに装着し、
高温・高湿下、定温・定湿下および低温・低湿下の各環
境下において印字試験を実施した。その結果は表１に示
すとおりであり、実施例１〜５のロールはいずれも、各
環境下で初期印字、6000枚印字後のいずれも印字濃度が
高くカブリがなく、高品位の印字画像を得た。同時に、
現像ロール表面の顕微鏡観察を行ったが、トナーの固
着、ロール材質の変質等の異常は認められなかった（表
１参照）。なお、初期カブリとは、耐久試験開始直後の
５％デューティー画像における白地部のマクベス濃度を
意味し、耐久後カブリとは、6000枚印字後の白地部のマ
クベス濃度を意味する。

【００２７】

【表１】

【００２８】比較例１ 比較例として、ロール表面への溝の形成および紫外線の
照射を除き、実施例１と同様にして半導電性ロールを製
作し、さらに、前記各環境下における印字試験を実施例
１〜５と同様にして行った。

【００２９】比較例２ ロール表面への溝の形成を除き、実施例１と同様にして
半導電性ロールを製作し、さらに、前記各環境下におけ
る印字試験を実施例１〜５と同様にして行った。比較例
１，２で得た現像ロールの印字試験結果は、前記表１に
示したとおりであり、いずれも実施例１〜５の現像ロー
ルに比べて劣るものであった。

【００３０】なお、上記実施例における紫外線照射に代
えて、電子線照射処理を行った場合においても同様の結
果が得られたほか、溝付け加工の前に照射処理を行って
も同様の結果が得られた。また、溝付け加工は、レーザ
ー加工に代えて、湿式研磨、バフ加工等の手法を用いる
こともできる。

【００３１】表１中の各測定項目に対する測定方法は以
下のとおりである。 ・ロール抵抗：シランカップリング剤塗布前のロール
を、このゴム部全長よりも５ｍｍ長い金メッキ電極上に
載置し、ロールの両端にそれぞれ500 ｇの分銅を載せ、
ロールのシャフト（軸体）とロール表面との間に10Ｖの
電圧を印加し、このときの抵抗値を測定した。 ・表面粗さ：万能粗さ試験機を用いて、溝付け加工前の
ロールの周方向に十点測定し、この平均値で表示した。 ・カブリ：製作した半導電性ロールを、電子写真式プリ
ンターに現像ロールとして組み込み、黒べた・網点・５
％デューティー・白地印字等を繰り返し、５％デューテ
ィー画像の白地部のマクベス濃度を、マクベス濃度計を
用いて測定した。 ・印字濃度：初期印字濃度、耐久後印字濃度ともに、カ
ブリと同様の方法で印字した黒べた印字部のマクベス濃
度を、マクベス濃度計を用いて測定した。

【００３２】（合否判定） ・カブリ：初期カブリ、耐久後カブリとも、白地部のマ
クベス濃度が０．０１５を超えるものについては、不合
格（×記号で表示）とする。 ・印字濃度：初期印字濃度、耐久後印字濃度ともに、黒
べた印字部のマクベス濃度が１．３未満のものについて
は、不合格とする。 ・トナー固着：耐久試験後のロール表面を顕微鏡観察
し、トナーの固着が見られたものについては、不合格と
する。

【００３３】

【発明の効果】本発明の半導電性ロールは、その周面に
沿って螺旋状に定ピッチで設けられた溝を有する。この
ため、摩擦帯電ブレードと現像ロールとの間に挟持され
るトナーの量が増加し、トナーを一定の厚さで厚く担持
させることができ、トナーへの帯電特性が向上し、カブ
リが低減する。同時に、ロールの回転方向と溝の方向が
一定の角度を有して設けられているため、トナーが溝内
をスムーズに流動することができるようになり、現像ロ
ール表面へのトナーの接触確率が高められ、トナーの帯
電電位が安定化する。また、弾性体層の表面は、紫外線
または電子線照射により硬度が増し、耐摩耗性が向上
し、印字耐久試験後も凹凸の変化が少なく、トナーの搬
送力の低下が極めて少ない。表面にシランカップリング
剤が塗布された半導電性ロールは、トナーの帯電量分布
がシャープで印字濃度が安定し、カブリの少ない高品位
の印字画像を得ることができる。この効果は、高温・高
湿環境下でより顕著である。また、弾性体層を、シリコ
ーンゴムを基材として形成したことにより、空気中の水
分による加水分解がなく耐環境性に優れ、感光ドラムに
固着せず、またトナーの固着もない。上述したように本
発明の半導電性ロールは、耐環境性にすぐれ、安定した
印字耐久性を有し、極めて印字特性に優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導電性ロールの一実施例を示す概略
斜視図である。

【図２】（ａ）は図１に示す半導電性ロールの断面図で
あり、（ｂ）は他の態様を示す半導電性ロールの断面図
である。

【図３】現像装置のレイアウトを示す概略正面図であ
る。

【符号の説明】

１．軸体 ２．半導電性シリコーンゴム層 ３．溝 ４．表面硬化シリコーンゴム層 ５．シランカップリング剤処理層 １１．筐体 １２．感光ドラム １３．帯電ロール １４．LED アレイ １５．現像ロール １６．転写ロール １７．記録紙 １８．摩擦帯電ブレード １９．トナー搬送ロール ２０．トナー供給機 ２１．クリーニングロール

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導電性軸体の周囲に、表面が表面粗さRz＝
   10μｍ以下に仕上げられた弾性半導電体層を有するロー
   ルであって、弾性半導電体層の周囲の印字領域全域にわ
   たって、ロールの周方向に溝幅１〜50μｍ、溝深さ５〜
   30μｍ、溝ピッチ２〜100 μｍの範囲で、溝が螺旋状に
   定ピッチで設けられてなることを特徴とする半導電性ロ
   ール。
2. 【請求項２】請求項１に記載の半導電性ロールを現像ロ
   ールとして用いたことを特徴とする現像装置。