JP2001305848A - 半導電性ロール及びこれを用いた現像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トナー搬送性及び剥離性の向上した、半導電
性ロール及びこれを用いた現像装置を提供することにあ
る。 【解決手段】 導電性軸体１と、該導電性軸体の外側に
形成された弾性体からなる半導電体層２とを備え、該半
導電体層の外周に薄層状態で担持された摩擦帯電トナー
により潜像担持体上に形成された静電潜像を可視化する
現像装置に用いられる半導電性ロールにおいて、前記ロ
ール表面の動摩擦係数（μ）を０．１〜１．２に構成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】導電体とその外側に位置する
弾性半導電体層とを備えたトナー担持体層を具備し、該
担持体の外周上に薄層状態で担持された摩擦帯電トナー
によって、潜像担持体（感光ドラム等）上に形成された
静電潜像を可視化する現像装置において、現像ロールと
して用いられる半導電性ロール及びこれを用いた現像装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】導電体とその外側に位置する弾性半導体
層とを備えたトナー担持体層を具備し、該担持体の外周
上に薄層状態で担持された摩擦帯電トナーによって、潜
像担持体上に形成された静電潜像を可視化する電子写真
方式をはじめとする現像装置において、現像ロールとし
て用いられる半導電性ロールに対しては、導電性、耐環
境性、低硬度、摩擦帯電特性、トナー搬送性等の特性が
要求される。このような要求に対して、ウレタンゴム、
ＮＢＲ、シリコーンゴム等を素材とし、導電性付与剤と
して、イオン伝導性物質または、電子伝導性物質を添加
することにより半導電性としたロールが良く知られてい
る。また、導電性をコントロールする場合、導電性付与
剤として、カーボンブラック、導電性金属粒子、金属酸
化物粒子等が充填された樹脂、ゴム等の配合物が用いら
れている。

【０００３】これらのロールには、機械的特性のほかに
初期印字特性、経時印字特性が要求される。印字特性と
しては、特にトナー搬送性に起因する印字濃度、トナー
帯電特性に起因するカブリ、細線の再現性等に加えて、
印字履歴に対する独立性として、残像のレベルが挙げら
れる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の半導電性ロ
ールでは、例えば弾性体材質表面の十点平均粗さＲｚ
（以下、Ｒｚという）を大きくするとトナー搬送性は向
上するが、カブリの増加を引き起こしやすく、同時に粒
状性の低下を招きやすいという不具合があった。そのた
め、Ｒｚを増す代わりに表面の摩擦係数をコントロール
する方法が提案されているが、摩擦係数が低過ぎる場合
には、トナー搬送性が不十分なため、濃度不足となり、
摩擦係数が高すぎる場合には、トナーの帯電を均一に十
分なレベルまで高めることができないため、カブリの増
加を招きやすいという不具合があった。また、同時にト
ナーに与える摩擦エネルギーが大きく、トナーの劣化を
引き起こしやすかった。

【０００５】また、印字画像の高品質化が進むに伴い、
印字履歴に起因する残像と呼ばれる画像濃度のムラ（ロ
ーラが１周目に印字した部分の２周目以降の印字部に画
像濃度の低下（以下ネガ残像と呼ぶ）あるいは増加（以
下ポジ残像と呼ぶ）が見られる現象）の発生が従来に増
して問題とされるようになった。

【０００６】本発明の課題は、トナー搬送性及び剥離性
の向上した、半導電性ロール及びこれを用いた現像装置
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述課題を解決するため
に、本発明は、次のような手段を採用した。請求項１に
記載の発明は、導電性軸体と、該導電性軸体の外側に形
成された弾性体からなる半導電体層とを備え、該半導電
体層の外周に薄層状態で担持された摩擦帯電トナーによ
り潜像担持体上に形成された静電潜像を可視化する現像
装置に用いられる半導電性ロールにおいて、前記ロール
表面の動摩擦係数（μ）が０．１〜１．２であることを
特徴としている。

【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、印字履歴として、マクベス濃度差がネガ残
像については、−０．０５〜＋０．０１、ポジ残像につ
いては、−０．０５〜＋０．０５であることを特徴とし
ている。

【０００９】請求項３に記載の発明は、静電潜像を担持
するための潜像担持体と、該潜像担持体を帯電させる帯
電ロールと、潜像担持体に担持された静電潜像にトナー
を供給する現像ロールと、潜像担持体に担持されている
不要のトナーを除去するクリーニングロールとを備えた
現像装置であって、前記現像ロールを請求項１又は２記
載の半導電性ロールで構成したことを特徴としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態である
半導電性ロール１０の縦断面図で、１は導電性軸体、２
は導電性軸体上に形成されたゴム及び／又はエラストマ
ーによるトナー担持体層としての弾性半導電体層、３は
弾性半導電体層２上に形成されたコート材層である。そ
して、半導電性ロール１０は、導電性軸体１上に、ゴム
組成物を、適宜の条件下でロール状に成形した後、所望
の表面状態に仕上げることにより得られる。

【００１１】次に、より具体的内容を示す。上記導電性
軸体１は、導電性材質として、特に材質を限定するもの
ではないが、鉄、アルミ、ＳＵＳ、真鍮で構成された、
いわゆる「芯金」、あるいは、熱可塑性樹脂、熱硬化性
樹脂の芯体にメッキ処理したもの、または、熱可塑性樹
脂及び／又は熱可塑性樹脂に導電性付与剤として、カー
ボンブラック、金属粉末等を配合した芯体等が用いられ
る。導電性軸体１は、その一端を接地あるいは、バイア
ス電圧を印可することにより、静電潜像担持体の帯電、
トナーへの電荷の注入、トナーの吸着、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や帯電および転
写の性能を得るものであり、外周に形成される弾性半導
電体層２の支持体となっている。

【００１２】また、上記弾性半導電体層２は、シリコー
ンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、ポリウレ
タン、クロロプレンゴム、天然ゴム、ブチルゴム、ポリ
イソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレン−ブタ
ジエンゴム、ニトリルゴム、エチレン−プロピレンゴ
ム、アクリルゴム、及びこれらの混合物いわゆるゴムあ
るいはエラストマーいずれか１つ以上に煙霧質シリカ、
沈降性シリカ、補強性カーボンブラック、等の充填材及
び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、硫
酸バリウム、酸化チタンあるいはチタン酸カリウム等の
心材に酸化錫をコーティングした導電性充填材等を配合
し、パーオキサイド、白金触媒存在下でのハイドロジェ
ンシロキサン、イソシアネート等の加硫剤と一緒に混練
したものが用いられる

【００１３】成形にあたっては、上記導電性軸体１と上
記ゴムあるいはエラストマー組成物を、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
ーブンあるいは、ＩＲ炉で一次加硫する方法、あるい
は、前記導電性軸体１を金型にセットした後、該シリコ
ーンゴム組成物を注入し、常温あるいは加熱下で一次加
硫する方法あるいは、該軸体１と該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、ギヤーオープン等で一定時間二次加硫を
実施することにより、物性の安定化を図ることもでき
る。

【００１４】また、上記成形品は、必要により円筒研削
盤、ショットプラスター、サンドプラスター、ラッピン
グ機、パフ等により所望の表面状態（好適には、Ｒｚ３
〜１５μｍ、凹凸の平均間隔Ｓｍ３〜３０μｍ）に処理
することもできる。

【００１５】弾性半導電体層２としては、その体積固有
抵抗が１０^１ 〜１０^９ Ω・ｃｍのものが一般に用いら
れる。上記範囲外の体積固有抵抗では、カブリの発生、
転写効率の低下、印字濃度の不適合、有機感光体の絶縁
破壊等の不具合が発生しやすいことが、その理由であ
る。また、弾性半導電体層２は、現像工程の電極及び、
トナーへの接触帯電及び電荷注入用の電極として作用す
るものであり、そのゴム弾性により、感光体（潜像担持
体）との間で均一な現像電界を形成するものである。

【００１６】従って、該弾性半導電体層２表面の動摩擦
係数（μ）を０．１〜１．２の範囲とすること、マクベ
ス濃度差がネガ残像については、−０．０５〜＋０．
１、ポジ残像については、−０．０５〜＋０．０５の範
囲とすることで、トナー搬送性及び剥離性を制御するこ
とができ、同時に該表面層の樹脂に含まれる官能基によ
り帯電性をそれぞれ制御できる為、長期にわたり印字不
良の無い高品位の印字画像を維持することができる。

【００１７】その後、耐久性を改善するために、図１に
示すように、保護コート材が均一に形成された層（以下
コート材層３という）を形成することもできる。該コー
ト材層３に用いられる樹脂及び／又はエラストマーの材
質としては、特に制限はないが、アミノ基及び／又は水
酸基を有するものが好適である。一例を示せばアルキッ
ド樹脂、フェノール変性・シリコーン変性等のアルキッ
ド樹脂変性物、オイルフリーアルキッド樹脂、アクリル
樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、フ
ェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ウレタン樹脂及びこれ
らの混合物が挙げられる。

【００１８】また、その架橋には、イソシアネート化合
物、メラミン化合物、エポキシ化合物、過酸化物、フェ
ノール化合物、ハイドロジエンシロキサン化合物等の架
橋剤が用いられる。また、コート材層３はこれらの樹脂
やエラストマーのみを含むコート材を均一に塗ることで
形成しても良いが、これらの樹脂やエラストマーに導電
性の粉体やイオン伝導性の物質を加えてコート材自体も
半導電化するとさらに良い。コート材層３は、その表面
の凹凸及びファンデルワールス力、鏡像力、クーロン力
等により該ロール１０表面トナーを担持・搬送するもの
である。上記の内容により、安定した印字特性（初期印
字特性及び経持印字特性）をもつ、半導電性ロールを提
供することができるものである。

【００１９】次に、上記半導電性ロール１０を使用した
現像装置３０を、図２に示す。図２において、１１は感
光ドラム、１２は帯電ロール、１３は現像ロール、１４
はトナー搬送ロール、１５は転写ロール、１６はクリー
ニングロール、１７は攪拌機、１８は摩擦帯電ブレー
ド、１９はＬＥＤアレイ、２０は筐体、２１は記録紙で
ある。このうちの、現像ロール１２に本発明の実施形態
に係る半導電性ロール１０を用いるが、他のロールにも
使用することが可能である。この現像装置の動作は、一
般のコピー機やページプリンタに用いられているものと
同様なので、説明を省略する。

【００２０】以下、実施例に基づいて、本願の発明に係
る半導電性ロール１０を更に具体的に説明するが、本発
明は、実施例によって限定されるものではない。

【実施例】導電性軸体として、ＳＵＭ２２に無電解ニッ
ケルメッキした直径１０ｍｍ、長さ２５０ｍｍのシャフ
トを用い、これ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（株）製、商品名）を塗布
し、ギヤーオーブン中で１５０℃、１０分間焼き付け処
理を実施した。また、導電性ゴム組成物としては、メチ
ルビニルシリコーン生ゴムＫＥ−７８ＶＢＳ（信越化学
工業（株）製、商品名）１００重量部に、ジメチルシリ
コーン生ゴム・ＫＥ−７６ＶＢＳ（信越化学工業（株）
製、商品名）２０重量部にカーボンブラック・アサヒサ
ーマル（旭カーボン（株）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（株）製、商品名）１５重量部、白金触媒・Ｃ−１９
Ａ（信越化学工業（株）製、商品名）０．５重量部、ハ
イドロジェンシロキサン・Ｃ−１９Ｂ（信越化学工業
（株）製、商品名）２．０重量部を添加し、加圧ニーダ
ーで混練して、シリコーンゴム組成物を調整した。

【００２１】次に、この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、
ギヤーオーブンで３００℃、１５分間加熱加硫し、前記
シャフトとφ２０ｍｍに加硫接着成形した。その後、ギ
ヤーオーブン中で２００℃、４時間二次加硫を行い、円
筒研削盤で研磨して、直径１６ｍｍ、ゴム部長さ２１０
ｍｍ、硬度４５°（ＡＳＫＥＲ Ｃ）の実施例１のロー
ルとした。続いて同様の方法で、成形したロールの表面
にウレタン系塗料・ニッポラン５１９６（日本ポリウレ
タン（株）製、商品名）塗料１００重量部に表面粗さ調
整材として、架橋ポリメタリル酸メチル系ビーズ・テク
ポリマーＭＢ２０Ｘ−５（積水化成品工業（株）製、商
品名）２０重量部を添加し、ポットミルで８時間攪拌・
分散した後、ポリイソシアネート系架橋剤・コロネート
−Ｌ（日本ポリウレタン（株）製、商品名）１０重量部
を添加し、スプレーコーティングした後、１５０℃×３
０ｍｉｎ加熱硬化し、実施例２のサンプルとした。同様
の方法で、テクポリマーＭＢ２０Ｘ−５の添加量を３０
重量部、４０重量部として、実施例３，４のロールを作
成し、サンプルとした。

【００２２】次にそれぞれのロールを、市販の負帯電ト
ナーを用いた電子写真式プリンターに現像ロールとして
装着し、印字試験を実施した。その結果、実施例１〜４
に於いて、初期印字から６０００枚印字後の印字特性を
確認した結果、初期及び経時において残像の発生は無
く、高品位の印字画像を得た。同様に、半導電性ロール
表面の顕微鏡観察を実施したが、トナーのフィルミン
グ、ロール材質の変質などの以上は見られなかった（表
１参照）。

【００２３】

【比較例】比較例として、実施例１と同様の方法で、成
形したロールの表面粗さのみ粗くしたロールを作成し、
比較例１とした。また、実施例２において、架橋ポリメ
タクリル酸メチル系ビーズ・テクポリマーＭＢ２０Ｘ−
５を添加する代わりにポリイソシアネート系架橋剤・コ
ロネート−Ｌの添加量を１５重両部としたロールを作成
して、比較例２とした。その後実施例１と同様の試験を
実施した（表１参照）。

【００２４】（測定方法） ・表面の粗さ Ｒｚ、Ｓｍともに、ＪＩＳ Ｂ０６０１ １９９４の方
式により、周方向の粗さを測定した。 ・動摩擦係数 図３に示す方法により、ロール外周面の接線方向の摩擦
係数を測定した。 摩擦試験器：HEIDON 3K−34B/HEIDON-14 ＰＰＣ用紙：RICHO 6200 A4丁目（幅50mm） 摩擦速度： 600mm/min 垂直荷重： 100g ・残像 実施例のロールサンプルを、初期および耐久試験後に電
子写真式プリンターに組み込み、黒べた・網点・５％デ
ューティー・白地印字などを繰り返し、幅１０ｍｍ長さ
３４．９ｍｍの黒ます印字の後方に黒べた印字部を設け
たテスト印字パターンの黒ます印字部及び黒ます印字と
黒ます印字間（＝無印字部）直後の黒ベタ印字部のマク
ベス濃度を、マクベス濃度計を用いて測定し、その差を
もって残像とした。 ・トナー付着量 市販のプリンターに該現像ロールを組込み、５％デュー
ティーを印字している途中でプリンターの電源を切り、
感光ドラム上の未転写部分のトナー層をセロテープ剥離
法で剥離し、単位面積当たりのトナー付着量を電子天秤
を用いて測定した。 ・ロール抵抗 ゴムロールを、ゴム全長よりも５ｍｍ長い金めっき電極
の上に置き、ロール両端にそれぞれ５００ｇの分銅をか
け、１００Ｖの電圧をゴムロールのシャフトと金めっき
電極の間に印加し、シャフトとゴム表面の間の抵抗値を
測定した。 ・印字濃度 実施例のロールサンプルを、初期および耐久試験後に電
子写真式プリンターに組み込み、黒べた・網点・５％デ
ューティー・白地印字などを繰り返し、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。 ・カブリ 実施例のロールサンプルを、初期および耐久試験後に電
子写真式プリンターに組み込み、黒べた・網点・５％デ
ューティー・白地印字などを繰り返し、５％デューティ
ー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。 ・黒べたむら 実施例のロールサンプルを、初期および耐久試験後に電
子写真式プリンターに組み込み、黒べた・網点・５％デ
ューティー・白地印字などを繰り返し、黒べた部の印字
濃度むらの有無を目視判定した。

【００２５】（合否判定基準） ・印字濃度 初期、耐久後濃度とも、１．３未満のものについては、
不合格。 ・カブリ 初期、耐久後濃度とも、０．０１５を超えたものについ
ては、不合格。 ・残像 ネガ残像については、−０．０５〜＋０．０１を合格範
囲とし、ポジ残像については、−０．０５〜＋０．０５
を合格範囲とした。 ・黒べたむら 初期、耐久後ともに、黒べた濃度にむらが見られたもの
については、不合格。 ・トナーフィルミング 耐久試験後のロール表面を顕微鏡観察し、フィルミング
が見られたものについては、不合格。

【００２６】以上の測定結果を表１に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１に示すように、実施例１〜４は合格と
なり、比較例１，２は不合格となった。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による半導
電性ロールを現像装置の現像ロールとしてに用いると、
印字濃度、カブリ、残像などの画像特性において、良好
な結果が得られ、トナーフィルミングも発生しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の断面図である。

【図２】現像装置の一例を示すレイアウト図である。

【図３】ロール表面の動摩擦係数の測定方法を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 導電性軸体 ２ 弾性半導電体層 ３ コート材層 １０ 半導電性ロール １１ 感光ドラム（潜像担持体） １２ 帯電ロール １３ 現像ロール １４ トナー搬送ロール １５ 転写ロール １６ クリーニングロール １７ 撹はん機 １８ 摩擦帯電ブレード １９ ＬＥＤアレイ ２０ 筐体 ２１ 記録紙 ３０ 現像装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中田 和哉 埼玉県児玉郡神川町大字元原字豊原300− ５ 信越ポリマー株式会社児玉工場内 (72)発明者 高橋 義徳 埼玉県児玉郡神川町大字元原字豊原300− ５ 信越ポリマー株式会社児玉工場内 Ｆターム(参考） 2H077 AD06 AE03 DA63 EA11 FA11 FA22 FA25 GA03 3J103 AA02 AA13 AA14 AA32 AA33 AA51 BA41 BA46 FA07 FA18 FA30 GA02 GA52 HA03 HA04 HA05 HA20 HA22 HA31 HA32 HA33 HA37 HA41 HA43 HA46 HA47 HA48 HA52 HA53 HA54 HA55 HA60

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性軸体と、該導電性軸体の外側に形
   成された弾性体からなる半導電体層とを備え、該半導電
   体層の外周に薄層状態で担持された摩擦帯電トナーによ
   り潜像担持体上に形成された静電潜像を可視化する現像
   装置に用いられる半導電性ロールにおいて、 前記ロール表面の動摩擦係数（μ）が０．１〜１．２で
   あることを特徴とする半導電性ロール。
2. 【請求項２】 印字履歴として、マクベス濃度差がネガ
   残像については、−０．０５〜＋０．０１、ポジ残像に
   ついては、−０．０５〜＋０．０５であることを特徴と
   する請求項１記載の半導電性ロール。
3. 【請求項３】 静電潜像を担持するための潜像担持体
   と、該潜像担持体を帯電させる帯電ロールと、潜像担持
   体に担持された静電潜像にトナーを供給する現像ロール
   と、潜像担持体に担持されている不要のトナーを除去す
   るクリーニングロールとを備えた現像装置であって、前
   記現像ロールを請求項１又は２記載の半導電性ロールで
   構成したことを特徴とする現像装置。