【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真装置において用いられる現像ローラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真装置、特に、小型の電子写真装置の分野においては、メンテナンスの簡素化が進められており、非磁性１成分トナーを使用して現像するタイプの現像装置、例えば、感光体表面、感光紙、記録紙等の画像担持体上に形成された静電潜像を１成分トナーを使用して現像するタイプの現像装置が実用化されている。
【０００３】
このような１成分トナーを使用した現像装置において、カブリ、ゴースト等の発生を防ぐと共に、画像品質を維持するためには、トナーを高く且つ均一に帯電させることが必須であるので、トナーと接触して摩擦帯電させる部品の表面材質の選定が重要となる。一方、近年の環境問題の高まりにより、現像装置の長寿命化が命題となっているが、現像部材を構成する部品の表面については、トナー規制部材の表面、及び、現像ローラの表面へのトナーの凝集及び固着の発生の問題、並びに、現像ローラの表面及びトナー規制部材の表面のキズ、亀裂、剥離等による劣化の問題、に対応していく必要がある。また、現像装置については、長期間にわたる使用に対して、トナー漏れやトナーの飛散による画像形成装置内部の汚染の問題に対応していく必要がある。
【０００４】
そこで、これらの問題を解決するために、非磁性一成分現像装置において、トナー規制部材をローラにし、これを非現像時に所定のタイミングで回転させることにより、トナーの凝集及びトナーの固着を防ぐようにしたものが提案されている（特許文献１を参照）。このようなローラ形状にしたトナー規制部材によれば、その表面へのトナーの凝集及びトナー固着の発生が防止される。
【０００５】
現像ローラに供給されるトナーは、トナー規制部材との当接部より薄層化して潜像部（感光体）にトナーを供給するが、その他の箇所よりトナーが漏れることは、防止する必要がある。また、画像出力の高速化に伴い、現像ローラの回転数を増加させる必要が生じたので、現像ローラとして、剛性があって、摺動、摩擦接触により発生した熱に対しても形状変化の小さい金属性のローラを使用して、現像装置の信頼性及び高寿命化が図られている。
【０００６】
また、現像装置では、カラー化に伴い、高画質化、例えば、ベタ画像の均一化（濃度ムラ低減）が一層要求されるようになってきたので、現像ローラ上に薄層化されたトナーを、軸方向、回転方向（回転周期）に対して均一化したトナー量及びトナー帯電量に制御する必要がある。それ故、現像ローラの形状精度及び表面粗さの高精度化が要求されると共に、トナーの摩擦帯電させるための現像ローラの表面層を構成する物質にトナーの要求される帯電極と対をなす帯電性能を持つものが要求される。
【０００７】
現像ローラに金属を使用する場合には、トナーを十分に帯電させることはできず、また、デジタル画像（ネガ−ポジ画像）の場合には、トナーをマイナス帯電する必要があるので、これまでは、現像ローラの表面層を構成するポリエステル樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂等の塗布材料に金属酸化物、ＩＴＯ等の導電材料を添加し、これを現像ローラの金属基体表面にコーティングして、バイアス印加による導電化特性を出すことが行われている。
【０００８】
しかしながら、これらの方式では、初期的には現像特性や画像特性を満足していても、経時で特性が変化、劣化するので、高寿命化には対応できず、そのために、これらの現像ローラは交換部品として扱われていた。その大きな要因のひとつとして、現像ローラ上のトナーフィルミングが挙げられる。現像ローラは、高速回転しながら、トナー、トナー規制部材、トナー供給ローラと接触するので、現像ローラには、摩擦熱が発生するが、潜像（感光体）へ印字がされずに現像ローラに連れ周りされるトナーがあると、トナーが摩擦熱により軟化し、そのために、トナーが現像ローラのコーティング層の表面に固着する。このようなトナーが現像ローラのコーティング層の表面に固着する現象は、「現像ローラフィルミング」と呼ばれている。かかるトナーによるフィルミング部分では、トナーは、現像ローラのコーティング層と接触しないで、固着トナーと摩擦接触することになる。現像ローラフィルミングによれば、同種材料の摩擦により帯電電荷は発生せず、逆に、材料の親和性により、固着部分が大きく拡大することになる。特に、現像ローラフィルミングは、ローラ形状の円周方向上で発生し易く、画像にはフィルミング部が縦スジムラとして発生することになる。
【０００９】
現像ローラの基体の表面にフッ素系樹脂をコーティングして表面層を形成することにより、その表面層の耐磨耗性を若干低下させ、そして、この表面層を磨耗させると、トナーフィルミングの防止効果が得られているが、上記現像ローラの基体が金属材料で構成されていると、フッ素系樹脂の硬化剤としてイソシアネート系硬化剤を用いた場合には、金属との接着が不十分となるので、現像ローラは、回転使用時に、これとトナー規制ローラ及びトナー供給ローラとの摩擦で表面層のハガレが発生し易くなるという問題があった。それ故、金属で構成される基体の表面にフッ素系樹脂をコーティングする場合には、基体の表面にプライマー中間層を設けたり、基体表面を粗し、フッ素系樹脂との密着性を向上する手法が取られている。
【００１０】
また、フッ素系樹脂を現像ローラの表面層に用いる場合には、フッ素系樹脂は、トナー樹脂（一般的に使用されているポリエステル、ポリオール樹脂）に比べて帯電系列がマイナス側に位置するので、トナーをマイナス帯電させるには機能上不利であるという問題があった。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１１−８４８６７
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる問題を解決することを目的としている。
即ち、本発明は、トナーフィルミングを防止すると共に、トナーをマイナス帯電させてトナーの帯電量を十分に付与することができ、しかも、表面層の剥がれを防止した超寿命の現像ローラ、及び、それを有する現像装置を低コストで提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、導電性の基体の表面に表面層を有する現像ローラにおいて、該表面層を、分子内にフッ素基及び水酸基を有する樹脂と１種以上のアミノ樹脂との架橋反応生成物で構成したところ、トナーフィルミングを防止すると共に、トナーをマイナス帯電させてトナーの帯電量を十分に付与することができ、しかも、表面層の剥がれを防止した超寿命の現像ローラ、及び、それを有する現像装置を低コストで提供できることを見出して、本発明を完成するに至った。
【００１４】
即ち、請求項１に記載された発明は、導電性の基体の表面に表面層を有する現像ローラにおいて、該表面層が、分子内にフッ素基及び水酸基を有する樹脂と１種以上のアミノ樹脂との架橋反応生成物で構成されていることを特徴とする現像ローラである。
【００１５】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記表面層を構成する「分子内にフッ素基及び水酸基を有する樹脂」が、フルオロエチレンビニルエーテル共重合体であることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項３に記載された発明は、請求項１又は２に記載された発明において、前記表面層を構成するアミノ樹脂が、メラミン樹脂又はグアナミン樹脂であることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項４に記載された発明は、請求項１〜３のいずれかに記載された発明において、前記表面層が、導電剤としてＩＴＯを有していることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項５に記載された発明は、請求項１〜４のいずれかに記載された発明において、前記表面層が、着色剤としてカーボンブラックを有していることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項６に記載された発明は、請求項１〜５のいずれかに記載された発明において、前記表面層上のトナー帯電量が、−２０〜−４０μＣ／ｇであることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項７に記載された発明は、請求項１〜３のいずれかに記載された発明において、前記導電性の基体が、金属で構成されていることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項８に記載された発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の現像ローラと、該現像ローラに接触配置しトナーを供給するトナー供給ローラと、現像ローラ上のトナーを規制し薄層を形成するトナー規制ローラとを有することを特徴とする現像装置である。
【００２２】
【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、本発明の一実施の形態を示す現像ローラの断面図である。図２は、本発明の一実施の形態を示す現像ローラを有する現像装置の概略説明図である。
【００２３】
図１において、１０は現像ローラである。現像ローラ１０は、導電性の基体１の表面に表面層２を有している。前記表面層２は、分子内にフッ素基及び水酸基を有する樹脂と１種以上のアミノ樹脂との架橋反応生成物で構成されている。
【００２４】
前記「分子内にフッ素基及び水酸基を有する樹脂」は、好ましくは、フルオロエチレンビニルエーテル共重合体であって、ルミフロン（旭硝子社製）、ゼッフル（ダイキン工業社製）等として既に市販されているものである。そして、前記「アミノ樹脂」は、好ましくは、メラミン樹脂又はグアナミン樹脂である。
【００２５】
従来より、フッ素系樹脂は、撥水性及び防汚性に優れ、しかも、トナーの固着防止に対して効果があるが、フッ素樹脂自身は、トナー樹脂よりマイナスの帯電系列を持っているので、トナーマイナス帯電性を付与する効果については、問題があった。しかしながら、本発明によれば、表面層２が、「分子内にフッ素基及び水酸基を有する樹脂と、トナーに対してプラス帯電系列をもつ１種以上のアミノ樹脂と、の架橋反応生成物」で構成されているので、現像ローラの表層材料としてのトナーマイナス帯電性に関して対処することが可能となる。また、本発明におけるフッ素系樹脂、即ち、「分子内にフッ素基及び水酸基を有する樹脂と、トナーに対してプラス帯電系列をもつ１種以上のアミノ樹脂と、の架橋反応生成物」は、耐磨耗性がポリエステル樹脂等の硬質材料に比べると若干劣っているので、経時で磨耗し、そのために、トナーフィルミングを防止することができる。
【００２６】
さらに、従来、金属で構成される基体を有する現像ローラーにおいては、該基体の表面にフッ素系樹脂とイソシアネート系樹脂との架橋生成物を成膜して表面層を形成していたが、この表面層は、金属で構成される基体との密着性が弱いので、転写ローラ回転使用時にトナー規制ローラ及びトナー供給ローラとの摩擦で表面層のハガレが生じていた。しかしながら、本発明によれば、表面層２は、「分子内にフッ素基及び水酸基を有する樹脂と、トナーに対してプラス帯電系列をもつ１種以上のアミノ樹脂と、の架橋反応生成物」で構成されているので、金属で構成される基体との密着性が強くなり、そのために、転写ローラ回転使用時にトナー規制ローラ及びトナー供給ローラとの摩擦で表面層のハガレが生じることはない。したがって、プライマー中間層、ローラ基体の表面粗さを荒らすなど設定が必要なくなる。
【００２７】
このように、導電性の基体１の表面に表面層２を有する現像ローラ１０において、該表面層２が、「分子内にフッ素基及び水酸基を有する樹脂と１種以上のアミノ樹脂との架橋反応生成物」で構成されていると、トナーフィルミングを防止すると共に、トナーをマイナス帯電させてトナーの帯電量を十分に付与することができ、しかも、表面層の剥がれを防止した超寿命の現像ローラとすることができる。
【００２８】
本発明においては、前記表面層２は、導電剤としてＩＴＯを有している。
現像装置には、トナーを印字部（潜像部）に印字する機能と非印字部（非潜像部）にトナーを印字させない機能とが備わっているので、これをの制御するには、現像ローラの表面（トナー接触部）は、感光体の潜像部と非潜像部の電位ポテンシャルに対して、中間の電位ポテンシャルを維持している必要であり、そのために、現像ローラには、導通領域と絶縁領域の中間である電気的中抵抗領域が必要であるが、本発明によれば、前述のとおり、前記表面層２が導電剤としてＩＴＯ（アルミナ粉の表面にインジウムドープ酸化錫をコーティングした粉体）を有しているので、電気的に中抵抗領域を持つことができ、しかも、ＩＴＯは他の導電性物質（カーボンブラック、酸化鉄）等に比べて分散性が優れていること、環境の変動による抵抗変化が小さいこと等の利点がある。
【００２９】
本発明においては、前記表面層２は、着色剤としてカーボンブラックを有している。従来、フッ素樹脂、アミノ樹脂及びＩＴＯよりなる塗布剤は、透明であるので、この塗布剤で金属で構成される基体の表面に塗布すると、金属で構成される基体が透過されて見えるので、金属で構成される基体１に表面にキズ及びシミがあると、現像ローラの表面層にキズがなくても、キズ欠陥として判定され、不良と判断される可能性がある。しかしながら、本発明によれば、表面層２が着色剤としてカーボンブラックを有しているので、基体２の表面にあるキズ及びシミによる外観上のノイズをカットすることができる。
なお、カーボンブラックは、導電性能をもっているが、本発明においては、カーボンブラックの役割は、現像ローラに中抵抗性能を付与することではないのであるから、その添加量は、前記ＩＴＯの添加量に比べて微小量である。
【００３０】
本発明においては、表面層２上のトナー帯電量は、−２０〜−４０μＣ／ｇである。このように、表面層２上のトナー帯電量が−２０〜−４０μＣ／ｇであると、トナーの移動が容易に制御できる。帯電量が小さいと地肌汚れが発生し易くなる。また、帯電量が大きいと現像ローラ表面へのトナー付着力が大きくなりすぎて、現像ローラ表面にトナーの残留量が多くなるので、現像ローラ上のトナーの付着が大きくなり、結果として、トナーの固着が多くなる傾向が見られる。
【００３１】
本発明の現像ローラ１０における導電性の基体１は、金属で構成されている。前記金属は、アルミニウム、ステンレススチール、真鍮等の金属である。このように、現像ローラ１０における導電性の基体１が金属で構成されていると、画像出力の高速化に対応することができ、しかも、摺動、摩擦接触により発生した熱に対しても形状変化が小さいので、画像品質を維持することができると共に、高寿命化を達成することができる。
【００３２】
図２に示すように、本発明の現像装置２０は、静電潜像が形成された像担持体に接触しかつトナー１６を付着させて前記静電潜像を可視化させるために作像時に回転される現像ローラ１０と、前記現像ローラ１０に接触するように配置されて前記トナー１６を前記現像ローラ１０に供給するトナー供給ローラ１１と、前記現像ローラ１０に付着するトナー１６の量を規制して前記現像ローラ１０にトナー薄層を形成するトナー規制ローラ１３と、を有し、そして、前記現像ローラ１０として、前記請求項１〜７のいずれかに記載の現像ローラを有している。
【００３３】
現像ローラ１０、芯軸の周囲にスポンジを形成してなるトナー供給ローラ１１、トナー搬送部材１２は、ケース１４の側板に軸支されている。トナー１６は、トナー搬送部材１２、及び、トナー供給ローラ１１を介して現像ローラ１０の表面に供給される。現像ローラ１０上に供給されたトナー１６は、さらに、トナー規制ローラ１３によって所定量に薄層化され、現像ローラ１０を回転させて、感光体（図示しない）に搬送される。現像ローラ１０は感光体に接触し、そして、現像ローラ１０には、電極を介して感光体の帯電電位と光書き込み後（露光後）の残留電位の中間であるバイアス電圧（図示しない）が印加されている。現像ローラ１０上のトナー１６は、感光体との接触部に搬送され、感光体電位と現像バイアスによる現像電界に応じて、感光体に付着し静電潜像が可視像化される。図２において、１５はバネである。
【００３４】
ここで用いるトナー１６は、ポリエステル、ポリオール、スチレンアクリル等の樹脂に帯電制御剤（ＣＣＡ）、色剤を混合し、その周りにシリカ、酸化チタン等の物質を外添して、その流動性を高めている。添加剤の粒径は通常０．１〜１．５μｍの範囲である。色剤はカ−ボンブラック、フタロシアニンブル−、キナクリドン、カ−ミン等を上げることができる。帯電極性は、負帯電である。トナー１６は、場合によっては、ワックス等を分散混合させた母体トナーに上記種類の添加剤を外添しているものも使用することができる。トナー１６の体積平均粒径の範囲は、好ましくは、３〜１２μｍである。
【００３５】
トナー規制ローラ１３は、駆動回転させるものでなく、現像ローラ１０の回転時には停止しており、また、現像ローラ１０の停止時には、現像ローラ１０の回転に対して逆転させるものである。これによって、現像ローラ１０とトナー規制ローラ１３の間の楔部分に堆積したトナー１６が、非現像時に一旦上流側へ押し戻される効果が発生する。トナー規制ローラ１３を現像ローラ１０と同方向に回転させることは、両ローラが共に楔内のトナー１６を吐き出す方向に回転するために、当接部に堆積したトナー１６を一旦上流側に吐き戻す作用が、現像ローラ１０のみが逆転する場合よりさらに強いものとなる。具体的にはトナー規制ローラ１３にワンウエイクラッチ（図示せず）を設けることで、現像ローラ１０が逆回転する場合のみにトナー規制ローラ１３を稼動させることが可能であり、トナー規制ローラ１３と現像ローラ１０の表面の摩擦抵抗のみによってトナー規制ローラ１３を回転させることが可能となる。トナー規制ローラ１３を同方向に強制的に駆動させる方式でも同じ効果を示すが、装置を煩雑にすることになり、また、ギアーの構成いかんによってはバンディング等の副作用が発生することに留意する必要がある。
【００３６】
トナー規制ローラ１３は、現像ローラ１０を剛体としたので、弾性体ローラとした。このトナー規制ローラ１３は、直径１０ｍｍのＳ４５Ｃの芯金上に、ニトリルゴム、エピクロルヒドリンゴム等を被覆し、その表面にフッ素樹脂をスプレー塗装によって２０μｍ形成したものである。また、トナー規制ローラ１３において、ゴムの弾性体を用いると、現像ローラ１０との当接箇所で弾性変形が生じるので、現像時（現像ローラ回転）に安定したニップ幅、及び、当接圧力を得ることができる。それにより、現像ローラ１０上のトナー量も安定、均一化できる。
【００３７】
本発明の現像装置２０は、前記請求項１〜７のいずれかに記載の現像ローラ１０を有しているので、トナーフィルミングを防止すると共に、トナーをマイナス帯電させてトナーの帯電量を十分に付与することができ、しかも、表面層２の剥がれを防止した超寿命の現像ローラ１０とすることができる。また、本発明の現像装置２０は、トナー規制ローラ１３を現像ローラ１０に当接させて、トナー１６に帯電性を付与すると共に、トナー量を規制することができるので、現像ローラ１０上に均一なトナー薄層を形成させることができる。
【００３８】
【実施例】
（実施例１）
ベース樹脂としてのフルオロエチレンビニルエーテル共重合体（ルミフロン、旭硝子社製）７５重量部に硬化剤としてのメラミン樹脂（サイメル３２５、三井サイテック社製）２５重量部及びＩＴＯ導電性粒子（アルミナ粉ベース）５０重量部を均一に分散させてなる塗料をアルミニウムで構成される直径２６ｍｍの円筒状の基体の表面にスプレーコートし、そして、このスプレーコートした円筒状の基体をオーブンにて１６０℃で１時間焼成し、架橋反応を進行させ硬化させて、表面層を形成することにより、現像ローラとした。このようにして得られた現像ローラの表面層の膜厚は、１０μｍであった。次に、この現像ローラの表面層にシリコンカーバイド系砥粒１．５μｍ（＃６０００）を有する研磨テープを用いて、押し込み力を０．５Ｋｇｆとし、ワーク回転数を１８００ｒｐｍとして、現像ローラの表面層にテープ研磨処理を施した。このように表面処理された現像ローラの表面の十点平均粗さ（Ｒｚ）は、２μｍであった。
【００３９】
（実施例２）
硬化剤としメラミン樹脂（ニカラックＭＸ０４２、三和ケミカル社製）を用いた以外は、実施例１と同様に現像ローラを形成した。
【００４０】
（実施例３）
ベース樹脂としてのフルオロエチレンビニルエーテル共重合体（ゼッフル、ダイキン工業社製）７５重量部に硬化剤としてのグアナミン樹脂（マイコート１０６、三井サイテック社製）２５重量部及びＩＴＯ導電性粒子（アルミナ粉ベース）５０重量部を均一に分散させてなる塗料をアルミニウムで構成される直径２６ｍｍの円筒状の基体の表面にスプレーコートし、そして、このスプレーコートした円筒状の基体をオーブンにて１６０℃で１時間焼成し、架橋反応を進行させ硬化させて、表面層を形成することにより、現像ローラとした。このようにして得られた現像ローラの表面層の膜厚は、１０μｍであった。次に、この現像ローラの表面層にシリコンカーバイド系砥粒１．５μｍ（＃６０００）を有する研磨テープを用いて、押し込み力を０．５Ｋｇｆとし、ワーク回転数を１８００ｒｐｍとして、現像ローラの表面層にテープ研磨処理を施した。このように表面処理された現像ローラの表面の十点平均粗さ（Ｒｚ）は、２μｍであった。
【００４１】
（実施例４）
硬化剤としてグアナミン樹脂（ニカラックＢＬ−６０、三和ケミカル社製）を用いた以外は、実施例３と同様に現像ローラを形成した。
【００４２】
（比較例１）
ベース樹脂としてのフルオロエチレンビニルエーテル共重合体（ルミフロン、旭硝子社製）７５重量部に硬化剤としてのイソシアネート系樹脂２５重量部及びＩＴＯ導電性粒子（アルミナ粉ベース）５０重量部を均一に分散させてなる塗料をアルミニウムで構成される直径２６ｍｍの円筒状の基体の表面にスプレーコートし、そして、このスプレーコートした円筒状の基体をオーブンにて１６０℃で１時間焼成し、架橋反応を進行させ硬化させて、表面層を形成することにより、現像ローラとした。このようにして得られた現像ローラの表面層の膜厚は、１０μｍであった。次に、この現像ローラの表面層にシリコンカーバイド系砥粒１．５μｍ（＃６０００）を有する研磨テープを用いて、押し込み力を０．５Ｋｇｆとし、ワーク回転数を１８００ｒｐｍとして、現像ローラの表面層にテープ研磨処理を施した。このように表面処理された現像ローラの表面の十点平均粗さ（Ｒｚ）は、２μｍであった。
【００４３】
（比較例２）
ベース樹脂としてフルオロエチレンビニルエーテル共重合体（ゼッフル、ダイキン工業社製）を用いた以外は、比較例１と同様に現像ローラを形成した。
【００４４】
以上、実施例１〜４及び比較例１〜２により得られた現像ローラについて、図２に示されるような実機（リコー社製、Ｉｐｓｉｏ Ｃｌｏｒ６０００）に搭載して、
（イ）トナー帯電量ｑ／ｍ（μＣ／ｇ）を測定し、そして、
（ロ）１２０分間空回転させた後の表面層のハガレを評価した。
前記（ロ）は、次の基準、即ち、○：ハガレなし、及び、×：ハガレあり、として評価した。
【００４５】
測定結果及び評価結果は、次の表１に示される。
【００４６】
【表１】
【００４７】
【発明の効果】
（１）請求項１〜３に記載された本発明によれば、導電性の基体の表面に表面層を有する現像ローラにおいて、該表面層が、「分子内にフッ素基及び水酸基を有する樹脂と１種以上のアミノ樹脂との架橋反応生成物」で構成されているので、トナーフィルミングを防止すると共に、トナーをマイナス帯電させてトナーの帯電量を十分に付与することができ、しかも、表面層の剥がれを防止した超寿命の現像ローラとすることができる。
【００４８】
（２）請求項４に記載された本発明によれば、前記表面層が導電剤としてＩＴＯを有しているので、電気的に中抵抗領域を持つことができ、しかも、ＩＴＯは他の導電性物質（カーボンブラック、酸化鉄）等に比べて分散性が優れていること、環境の変動による抵抗変化が小さいこと等の利点がある。
【００４９】
（３）請求項５に記載された本発明によれば、表面層が着色剤としてカーボンブラックを有しているので、基体の表面にあるキズ及びシミによる外観上のノイズをカットすることができる。
【００５０】
（４）請求項６に記載された本発明によれば、表面層上のトナー帯電量が−２０〜−４０μＣ／ｇであるので、トナーの移動が容易に制御できる。
【００５１】
（５）請求項７に記載された本発明によれば、導電性の基体が金属で構成されているので、画像出力の高速化に対応することができ、しかも、摺動、摩擦接触により発生した熱に対しても形状変化が小さいので、画像品質を維持することができると共に、高寿命化を達成することができる。
【００５２】
（６）請求項８に記載された本発明によれば、請求項１〜７のいずれかに記載の現像ローラを有しているので、トナーフィルミングを防止すると共に、トナーをマイナス帯電させてトナーの帯電量を十分に付与することができ、しかも、表面層の剥がれを防止した超寿命の現像ローラとすることができる。また、請求項８に記載された本発明によれば、トナー規制ローラを現像ローラに当接させて、トナーに帯電性を付与すると共に、トナー量を規制することができるので、現像ローラ上に均一なトナー薄層を形成させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す現像ローラの断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態を示す現像ローラを有する現像装置の概略説明図である。
【符号の説明】
１ 基体
２ 表面層
１０ 現像ローラ
１１ トナー供給ローラ
１２ トナー搬送部材
１３ トナー規制ローラ
１４ ケース
１５ バネ
１６ トナー
２０ 現像装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a developing roller used in an electrophotographic apparatus such as a copying machine, a printer, a facsimile, and the like.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in the field of electrophotographic apparatuses such as copiers, printers, and facsimile machines, in particular, in the field of small electrophotographic apparatuses, maintenance has been simplified, and a type of development using a non-magnetic one-component toner has been developed. 2. Description of the Related Art A developing device of a type that develops an electrostatic latent image formed on an image carrier such as a photosensitive member surface, photosensitive paper, and recording paper using a one-component toner has been put to practical use.
[0003]
In a developing device using such a one-component toner, it is essential to charge the toner at a high and uniform level in order to prevent the occurrence of fog, ghost, etc. and to maintain the image quality. It is important to select the surface material of the component to be frictionally charged. On the other hand, the life of the developing device has been prolonged due to the increase in environmental problems in recent years. However, regarding the surface of the components constituting the developing member, the toner regulating member and the toner It is necessary to cope with the problem of the occurrence of aggregation and fixation of the toner, and the problem of deterioration due to scratches, cracks, peeling, and the like on the surface of the developing roller and the toner regulating member. Further, with respect to the developing device, it is necessary to cope with the problem of contamination inside the image forming apparatus due to toner leakage or toner scattering for a long period of use.
[0004]
Therefore, in order to solve these problems, in a non-magnetic one-component developing device, a toner regulating member is a roller, which is rotated at a predetermined timing during non-development to prevent toner aggregation and toner sticking. (See Patent Document 1). According to the toner regulating member having such a roller shape, aggregation of the toner on the surface thereof and occurrence of toner adhesion are prevented.
[0005]
The toner supplied to the developing roller is made thinner at the contact portion with the toner regulating member and supplies the toner to the latent image portion (photoconductor), but it is necessary to prevent the toner from leaking from other portions. is there. Also, with the increase in the speed of image output, it was necessary to increase the number of revolutions of the developing roller. Therefore, the developing roller was rigid, and had a small change in shape with respect to heat generated by sliding and frictional contact. The reliability and the life of the developing device are improved by using a metal roller.
[0006]
Further, in the developing device, with the development of color, higher image quality, for example, uniformity of solid image (reduction of density unevenness) has been required more and more. It is necessary to control the toner amount and the toner charge amount to be uniform in the axial direction and the rotation direction (rotation cycle). Therefore, it is required to improve the shape accuracy and surface roughness of the developing roller, and the material forming the surface layer of the developing roller for frictionally charging the toner is paired with the band electrode required for the toner. Those having charging performance are required.
[0007]
When a metal is used for the developing roller, the toner cannot be sufficiently charged. In the case of a digital image (negative-positive image), the toner needs to be negatively charged. A conductive material such as a metal oxide or ITO is added to a coating material such as polyester resin, phenol resin, and acrylic resin that constitutes a surface layer of the developing roller, and the resultant is coated on a metal substrate surface of the developing roller to apply a bias. It has been carried out to obtain a conductive property due to.
[0008]
However, in these systems, even if the developing characteristics and image characteristics are initially satisfied, the characteristics change and deteriorate with time, so that it is not possible to cope with a long life. Was treated as a replacement part. One of the major factors is toner filming on the developing roller. The developing roller contacts the toner, the toner regulating member, and the toner supply roller while rotating at high speed, so that the developing roller generates frictional heat, but the latent image (photoconductor) is not printed on the developing roller. When the toner is entrained, the toner is softened by frictional heat, so that the toner adheres to the surface of the coating layer of the developing roller. The phenomenon that such toner adheres to the surface of the coating layer of the developing roller is called “developing roller filming”. In the filming portion with the toner, the toner does not come into contact with the coating layer of the developing roller but comes into frictional contact with the fixed toner. According to the developing roller filming, no charged charge is generated due to friction of the same kind of material, and conversely, the fixed portion is greatly expanded due to the affinity of the material. In particular, the developing roller filming is likely to occur in the circumferential direction of the roller shape, and a filming portion is generated as a vertical streak in an image.
[0009]
By forming a surface layer by coating the surface of the base of the developing roller with a fluororesin, the abrasion resistance of the surface layer is slightly reduced, and when this surface layer is worn, toner filming is prevented. Although the effect is obtained, when the base of the developing roller is made of a metal material, when the isocyanate-based curing agent is used as the curing agent for the fluorine-based resin, the adhesion to the metal becomes insufficient. Therefore, when the developing roller is used in rotation, there is a problem that the surface layer is easily peeled due to friction between the developing roller and the toner regulating roller and the toner supply roller. Therefore, when a fluororesin is coated on the surface of a substrate made of a metal, a technique of providing a primer intermediate layer on the surface of the substrate or roughening the surface of the substrate to improve adhesion to the fluororesin Has been taken.
[0010]
When a fluorine-based resin is used for the surface layer of the developing roller, the charge series of the fluorine-based resin is located on the minus side as compared with the toner resin (polyester or polyol resin generally used). There is a problem that it is disadvantageous in terms of function to charge the toner negatively.
[0011]
[Patent Document 1]
JP-A-11-84867
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention aims to solve such a problem.
That is, the present invention can prevent toner filming, and can sufficiently impart a charge amount of the toner by negatively charging the toner, and furthermore, a super-life developing roller that prevents peeling of the surface layer, and An object of the present invention is to provide a developing device having the same at low cost.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have developed a developing roller having a surface layer on the surface of a conductive substrate, wherein the surface layer is formed of a cross-linking reaction product of a resin having a fluorine group and a hydroxyl group in a molecule and one or more amino resins. As a result, a developing roller having a long life that can prevent toner filming, negatively charge the toner and sufficiently impart a charge amount of the toner, and also prevent the surface layer from peeling off, and The inventors have found that the developing device can be provided at low cost, and have completed the present invention.
[0014]
That is, the invention described in claim 1 is a developing roller having a surface layer on the surface of a conductive substrate, wherein the surface layer comprises a resin having a fluorine group and a hydroxyl group in a molecule and one or more amino resins. A developing roller comprising a crosslinking reaction product of
[0015]
In the invention described in claim 2, in the invention described in claim 1, the “resin having a fluorine group and a hydroxyl group in a molecule” constituting the surface layer is a fluoroethylene vinyl ether copolymer. It is a feature.
[0016]
The invention described in claim 3 is the invention according to claim 1 or 2, wherein the amino resin constituting the surface layer is a melamine resin or a guanamine resin.
[0017]
The invention described in claim 4 is the invention according to any one of claims 1 to 3, wherein the surface layer has ITO as a conductive agent.
[0018]
The invention described in claim 5 is the invention described in any one of claims 1 to 4, wherein the surface layer has carbon black as a coloring agent.
[0019]
The invention described in claim 6 is the invention described in any one of claims 1 to 5, wherein the toner charge amount on the surface layer is -20 to -40 C / g. It is.
[0020]
According to a seventh aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the conductive substrate is made of a metal.
[0021]
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a developing roller according to any one of the first to seventh aspects, a toner supply roller disposed in contact with the developing roller to supply toner, and a toner regulating and thinning the toner on the developing roller. And a toner regulating roller for forming a layer.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a sectional view of a developing roller according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic explanatory diagram of a developing device having a developing roller according to an embodiment of the present invention.
[0023]
In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a developing roller. The developing roller 10 has a surface layer 2 on the surface of a conductive substrate 1. The surface layer 2 is composed of a crosslinking reaction product of a resin having a fluorine group and a hydroxyl group in a molecule and one or more amino resins.
[0024]
The “resin having a fluorine group and a hydroxyl group in the molecule” is preferably a fluoroethylene vinyl ether copolymer, which is already commercially available as Lumiflon (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), Zeffle (manufactured by Daikin Industries, Ltd.), or the like. It is. The “amino resin” is preferably a melamine resin or a guanamine resin.
[0025]
Conventionally, fluororesins have excellent water repellency and antifouling properties, and are also effective in preventing toner from sticking.However, since fluororesins themselves have a negative charging series than toner resins, There was a problem with the effect of imparting negative chargeability. However, according to the present invention, the surface layer 2 is formed by a “crosslinking reaction product of a resin having a fluorine group and a hydroxyl group in a molecule and one or more amino resins having a positive charge series with respect to the toner”. With this configuration, it is possible to deal with toner minus charge as a surface material of the developing roller. Further, the fluorine-based resin in the present invention, that is, “a cross-linking reaction product of a resin having a fluorine group and a hydroxyl group in a molecule and one or more amino resins having a positive charge series with respect to the toner” is resistant to cross-linking. Since the abrasion is slightly inferior to that of a hard material such as a polyester resin, the abrasion occurs with time, so that toner filming can be prevented.
[0026]
Further, conventionally, in a developing roller having a base made of metal, a surface layer is formed by forming a film of a crosslinked product of a fluorine-based resin and an isocyanate-based resin on the surface of the base. Since the layer has poor adhesion to a metal substrate, the surface layer is peeled off due to friction with the toner regulating roller and the toner supply roller during rotation of the transfer roller. However, according to the present invention, the surface layer 2 is a “cross-linking reaction product of a resin having a fluorine group and a hydroxyl group in a molecule and one or more amino resins having a positive charge series with respect to the toner”. As a result, the adhesiveness to the substrate made of metal is increased, so that the surface layer does not peel off due to friction with the toner regulating roller and the toner supply roller when the transfer roller rotates. Therefore, setting such as roughening the surface roughness of the primer intermediate layer and the roller base is not required.
[0027]
As described above, in the developing roller 10 having the surface layer 2 on the surface of the conductive substrate 1, the surface layer 2 is formed by a “crosslinking reaction between a resin having a fluorine group and a hydroxyl group in a molecule and one or more amino resins. The product can prevent toner filming, negatively charge the toner and provide a sufficient amount of toner charge, and develop a long-lasting development that prevents the surface layer from peeling off. It can be a roller.
[0028]
In the present invention, the surface layer 2 has ITO as a conductive agent.
The developing device has a function of printing toner on a printing portion (latent image portion) and a function of not printing toner on a non-printing portion (non-latent image portion). The surface of the roller (toner contact portion) needs to maintain an intermediate potential with respect to the potential potential of the latent image portion and the non-latent image portion of the photoconductor. Although an intermediate electric resistance region between the region and the insulating region is required, according to the present invention, as described above, the surface layer 2 is made of ITO (aluminum powder coated with indium-doped tin oxide as a conductive agent) as described above. Powder), it can have a medium resistance region electrically, and ITO has better dispersibility than other conductive materials (carbon black, iron oxide), etc. Changes in resistance due to environmental changes There are advantages such as it is small.
[0029]
In the present invention, the surface layer 2 has carbon black as a coloring agent. Conventionally, since a coating agent composed of a fluororesin, an amino resin and ITO is transparent, if the coating agent is applied to the surface of a base made of metal, the base made of metal can be seen through. If the surface of the base 1 composed of the above is flawed or stained, it may be determined as a flaw defect even if there is no flaw on the surface layer of the developing roller, and may be determined to be defective. However, according to the present invention, since the surface layer 2 has carbon black as a coloring agent, external noise due to scratches and spots on the surface of the substrate 2 can be cut.
Although carbon black has a conductive property, in the present invention, the role of carbon black is not to impart a medium resistance performance to the developing roller. It is a very small amount.
[0030]
In the present invention, the toner charge amount on the surface layer 2 is −20 to −40 μC / g. As described above, when the toner charge amount on the surface layer 2 is −20 to −40 μC / g, the movement of the toner can be easily controlled. If the charge amount is small, background stain is likely to occur. Also, if the charge amount is large, the toner adhesion to the surface of the developing roller becomes too large, and the amount of toner remaining on the surface of the developing roller increases, so that the adhesion of the toner on the developing roller becomes large. There is a tendency for sticking to increase.
[0031]
The conductive substrate 1 in the developing roller 10 of the present invention is made of metal. The metal is a metal such as aluminum, stainless steel, brass and the like. As described above, when the conductive base 1 of the developing roller 10 is made of a metal, it is possible to cope with high-speed image output, and furthermore, it has a shape that can withstand heat generated by sliding and frictional contact. Since the change is small, the image quality can be maintained and the service life can be prolonged.
[0032]
As shown in FIG. 2, the developing device 20 of the present invention rotates during image formation in order to contact the image carrier on which the electrostatic latent image is formed and adhere the toner 16 to visualize the electrostatic latent image. A developing roller 10, a toner supply roller 11 that is disposed so as to be in contact with the developing roller 10 and supplies the toner 16 to the developing roller 10, and regulates the amount of toner 16 adhering to the developing roller 10. And a toner regulating roller 13 that forms a thin toner layer on the developing roller 10. The developing roller 10 includes the developing roller according to claim 1.
[0033]
The developing roller 10, a toner supply roller 11 having a sponge formed around a core shaft, and a toner conveying member 12 are supported by a side plate of a case 14. The toner 16 is supplied to the surface of the developing roller 10 via the toner conveying member 12 and the toner supply roller 11. The toner 16 supplied onto the developing roller 10 is further thinned to a predetermined amount by a toner regulating roller 13, and is conveyed to a photoconductor (not shown) by rotating the developing roller 10. The developing roller 10 comes into contact with the photoreceptor, and a bias voltage (not shown) which is intermediate between the charged potential of the photoreceptor and the residual potential after optical writing (after exposure) is applied to the developing roller 10 via an electrode. Have been. The toner 16 on the developing roller 10 is conveyed to a contact portion with the photoconductor, and adheres to the photoconductor in accordance with a photoconductor potential and a developing electric field generated by a developing bias, and an electrostatic latent image is visualized. In FIG. 2, 15 is a spring.
[0034]
The toner 16 used here is prepared by mixing a charge control agent (CCA) and a colorant with a resin such as polyester, polyol, or styrene acrylic, and externally adding a substance such as silica or titanium oxide around the resin to improve its fluidity. Is increasing. The particle size of the additive is usually in the range of 0.1 to 1.5 μm. Coloring agents include carbon black, phthalocyanine blue, quinacridone, carmine and the like. The charging polarity is negative charging. In some cases, the toner 16 may be a toner obtained by externally adding the above type of additive to a base toner in which wax or the like is dispersed and mixed. The range of the volume average particle size of the toner 16 is preferably 3 to 12 μm.
[0035]
The toner regulating roller 13 is not driven to rotate, but stops when the developing roller 10 rotates, and rotates reversely with respect to the rotation of the developing roller 10 when the developing roller 10 stops. As a result, there is an effect that the toner 16 deposited on the wedge portion between the developing roller 10 and the toner regulating roller 13 is once pushed back to the upstream side during non-development. Rotating the toner regulating roller 13 in the same direction as the developing roller 10 means that both the rollers rotate in the direction of discharging the toner 16 in the wedge, so that the toner 16 deposited on the contact portion is once returned to the upstream side. The action is even stronger than when only the developing roller 10 reverses. Specifically, by providing a one-way clutch (not shown) to the toner regulating roller 13, the toner regulating roller 13 can be operated only when the developing roller 10 rotates in the reverse direction. The toner regulating roller 13 can be rotated only by the frictional resistance of the surface of the roller 10. The same effect can be obtained by a system in which the toner regulating roller 13 is forcibly driven in the same direction. However, it is necessary to keep in mind that the apparatus becomes complicated and that side effects such as banding occur depending on the gear configuration. There is.
[0036]
The toner regulating roller 13 is an elastic roller because the developing roller 10 is a rigid body. The toner regulating roller 13 is formed by coating a nitrile rubber, epichlorohydrin rubber, or the like on an S45C core metal having a diameter of 10 mm, and forming a 20 μm fluorocarbon resin on the surface thereof by spray coating. Further, if a rubber elastic body is used in the toner regulating roller 13, elastic deformation occurs at a contact point with the developing roller 10, so that a stable nip width and contact pressure during development (rotation of the developing roller) can be reduced. Obtainable. Thereby, the amount of toner on the developing roller 10 can be stabilized and made uniform.
[0037]
Since the developing device 20 of the present invention has the developing roller 10 according to any one of claims 1 to 7, toner filming is prevented, and the toner is negatively charged to sufficiently charge the toner. And a developing roller 10 having a long life in which the surface layer 2 is prevented from peeling off. Further, the developing device 20 of the present invention can make the toner 16 chargeable and control the toner amount by bringing the toner regulating roller 13 into contact with the developing roller 10. A thin toner layer can be formed.
[0038]
【Example】
(Example 1)
75 parts by weight of a fluoroethylene vinyl ether copolymer (Lumiflon, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) as a base resin, 25 parts by weight of a melamine resin (Cymel 325, manufactured by Mitsui Cytec) as a curing agent, and ITO conductive particles (alumina powder base) 50 A coating obtained by uniformly dispersing parts by weight is spray-coated on the surface of a cylindrical substrate made of aluminum and having a diameter of 26 mm, and the spray-coated cylindrical substrate is baked in an oven at 160 ° C. for 1 hour. Then, a crosslinking reaction was advanced and cured to form a surface layer, thereby forming a developing roller. The film thickness of the surface layer of the developing roller thus obtained was 10 μm. Next, using a polishing tape having silicon carbide-based abrasive grains of 1.5 μm (# 6000) as the surface layer of the developing roller, the pushing force was set to 0.5 kgf, the number of revolutions of the work was set to 1800 rpm, and the surface layer of the developing roller was set. Was subjected to a tape polishing treatment. The ten-point average roughness (Rz) of the surface of the developing roller thus surface-treated was 2 μm.
[0039]
(Example 2)
A developing roller was formed in the same manner as in Example 1 except that a melamine resin (Nikarac MX042, manufactured by Sanwa Chemical Co., Ltd.) was used as a curing agent.
[0040]
(Example 3)
75 parts by weight of a fluoroethylene vinyl ether copolymer (Zeffle, manufactured by Daikin Industries, Ltd.) as a base resin, 25 parts by weight of a guanamine resin (Mycoat 106, manufactured by Mitsui Sytec) and ITO conductive particles (alumina powder base) A) a coating prepared by uniformly dispersing 50 parts by weight of a coating material on a surface of a cylindrical substrate made of aluminum and having a diameter of 26 mm, and spray-coating the cylindrical substrate at 160 ° C. for 1 hour in an oven; After baking for a time, the crosslinking reaction was advanced and hardened to form a surface layer, thereby forming a developing roller. The film thickness of the surface layer of the developing roller thus obtained was 10 μm. Next, using a polishing tape having silicon carbide-based abrasive grains of 1.5 μm (# 6000) as the surface layer of the developing roller, the indentation force was set to 0.5 kgf, the number of work revolutions was set to 1800 rpm, and the surface layer of the developing roller was set. Was subjected to a tape polishing treatment. The ten-point average roughness (Rz) of the surface of the developing roller thus surface-treated was 2 μm.
[0041]
(Example 4)
A developing roller was formed in the same manner as in Example 3, except that a guanamine resin (Nikalac BL-60, manufactured by Sanwa Chemical Co., Ltd.) was used as a curing agent.
[0042]
(Comparative Example 1)
25 parts by weight of an isocyanate resin as a curing agent and 50 parts by weight of ITO conductive particles (alumina powder base) are uniformly dispersed in 75 parts by weight of a fluoroethylene vinyl ether copolymer (Lumiflon, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) as a base resin. Is spray-coated on the surface of a cylindrical substrate made of aluminum and having a diameter of 26 mm, and the spray-coated cylindrical substrate is baked in an oven at 160 ° C. for 1 hour to advance a crosslinking reaction and cure. Then, a surface layer was formed to obtain a developing roller. The film thickness of the surface layer of the developing roller thus obtained was 10 μm. Next, using a polishing tape having silicon carbide-based abrasive grains of 1.5 μm (# 6000) as the surface layer of the developing roller, the indentation force was set to 0.5 kgf, the number of work revolutions was set to 1800 rpm, and the surface layer of the developing roller was set. Was subjected to a tape polishing treatment. The ten-point average roughness (Rz) of the surface of the developing roller thus surface-treated was 2 μm.
[0043]
(Comparative Example 2)
A developing roller was formed in the same manner as in Comparative Example 1, except that a fluoroethylene vinyl ether copolymer (Zeffle, manufactured by Daikin Industries, Ltd.) was used as the base resin.
[0044]
As described above, the developing rollers obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were mounted on an actual machine (manufactured by Ricoh, Ipsio Clor 6000) as shown in FIG.
(A) The toner charge amount q / m (μC / g) is measured, and
(B) The peeling of the surface layer after idle rotation for 120 minutes was evaluated.
The above (b) was evaluated as the following criteria, that is, ：: no peeling, and ×: there was peeling.
[0045]
The measurement results and evaluation results are shown in Table 1 below.
[0046]
[Table 1]
[0047]
【The invention's effect】
(1) According to the present invention as set forth in claims 1 to 3, in a developing roller having a surface layer on the surface of a conductive substrate, the surface layer is formed of a resin having a fluorine group and a hydroxyl group in a molecule. Since it is composed of "a cross-linking reaction product with one or more amino resins", it is possible to prevent toner filming, to make the toner negatively charged, and to sufficiently impart the charge amount of the toner. It is possible to provide a developing roller having a long service life in which layer peeling is prevented.
[0048]
(2) According to the fourth aspect of the present invention, since the surface layer has ITO as a conductive agent, the surface layer can have an electrically medium resistance region, and the ITO has another conductive property. There are advantages such as excellent dispersibility and a small resistance change due to environmental fluctuations, as compared with a conductive substance (carbon black, iron oxide) and the like.
[0049]
(3) According to the present invention described in claim 5, since the surface layer has carbon black as a coloring agent, external noise due to scratches and stains on the surface of the substrate can be cut. .
[0050]
(4) According to the present invention, since the toner charge amount on the surface layer is -20 to -40 [mu] C / g, the movement of the toner can be easily controlled.
[0051]
(5) According to the present invention, since the conductive base is made of metal, it is possible to cope with high-speed image output, and furthermore, it is generated by sliding and frictional contact. Since the shape change is small even with the applied heat, the image quality can be maintained and the service life can be prolonged.
[0052]
(6) According to the present invention described in claim 8, since the developing roller according to any one of claims 1 to 7 is provided, toner filming is prevented and toner is negatively charged. A sufficient amount of toner charge can be imparted, and a developing roller having a long life in which the surface layer is prevented from peeling off can be provided. Further, according to the present invention, the toner regulating roller can be brought into contact with the developing roller to impart chargeability to the toner and regulate the toner amount. A uniform thin toner layer can be formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a developing roller according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic explanatory diagram of a developing device having a developing roller according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Substrate
2 Surface layer
10 Developing roller
11 Toner supply roller
12 Toner transport member
13 Toner regulation roller
14 cases
15 Spring
16 Toner
20 Developing device
