JP2008129537A - 現像ローラ及びその画像品質を判定する方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】トナー搬送量のばらつきが抑えられて良好な現像処理を実現できる現像ローラ及び、それを容易に判別することができる方法を提供する。
【解決手段】本発明は、トナーを担持する被覆層5を有し、この被覆層5に担持させたトナーを感光ドラム12に供給して当該感光ドラム12上に可視画像を形成させる現像ローラ1である。現像ローラ1は、被覆層5を形成する弾性層3の表面3fのJIS10点平均粗さ (Rz)が4〜10μmの範囲であり、且つ、その鏡面光沢度Gs(85°)が1.5〜5%の範囲である。
【選択図】図1

Description

本発明は、複写機、プリンタ等の画像形成装置における画像プロセスに用いられ、良好な画像品質を得られる現像ローラ及び、現像ローラの画像品質を判定する方法に関するものである。
複写機等の画像形成装置には、例えば、像担持体として静電潜像を保持した感光ドラムを用い、この感光ドラムにトナーを供給して当該感光ドラム上の潜像をトナーの付着により可視化させる現像方法(加圧現像法)を利用した図1に示すような装置が知られている。
従来のこの種の装置に組み込まれる現像ローラ1は、トナーTを供給するためのトナー供給ローラ11と感光ドラム12との間にそれぞれ接触させた状態で配置され、トナー供給ローラ11、現像ローラ1及び感光ドラム12はそれぞれ図中の矢印方向に回転する。
トナー供給ローラ11の回転によりその表面に付着したトナーTは、現像ローラ1に供給され、現像ローラ1の最外層である後述の被覆層5に担持されたのち、成層ブレード13により均一な薄い層に整えられる。これにより、現像ローラ1の表面上に均一に整えられたトナーTが感光ドラム12の潜像に付着して当該潜像を可視化させたのち、転写部14にて、紙等の媒体にトナー画像を転写させる。なお、符号15は、クリーニング部であり、そのクリーニングブレード15aが転写後に感光ドラム12に残留するトナーTを除去する。
即ち、現像ローラは、一定量のトナーTを感光ドラム12に送給する機能を有するものであって、トナー搬送量の調整は現像ローラ1の外表面を成層ブレード13でなぞることにより行なわれていた。
ところが、従来の調整機構は、現像ローラでは表面バラツキが大きいという理由から搬送量が大きくばらつくことがあり、画像の品質に影響を与える「かぶり」等の発生が避けられない状況にあった。なお、「かぶり」とは、一定周期で画像濃度ムラが発生する現象をいう。
これに対し、上記のようなトナー搬送量のばらつきに起因した問題を解消する従来技術としては、現像ローラの外表面に合成樹脂からなる被覆層を形成して、摩擦係数や光沢度を調整する試みがなされたものがある(例えば、特許文献1参照。)。
特開2000−19835号公報
しかしながら、こうした従来の現像ローラにあっても依然、トナー搬送量のばらつきに起因した問題について十分に満足するまでには至っていない。
本発明の解決しようとする課題は、トナー搬送量のばらつきが抑えられて良好な現像処理を実現できる現像ローラ及び、良好な現像処理を実現する現像ローラを容易に判別することができる方法を提供することにある。
本発明は、回転可能な本体と、この本体の表面にトナーを担持する被覆層とを備える現像ローラであって、前記本体の表面は、4〜10μmの範囲になる10点平均粗さ (Rz)と、1.5〜5%の範囲になる鏡面光沢度Gs(85°)とを有することを特徴とするものである。
本発明において、前記本体の表面は、ポリウレタンからなることが好ましい。
本発明において、前記被覆層は、架橋性樹脂からなることが好ましい。特に、この場合、前記架橋性樹脂は、ポリウレタンであることが好ましい。
本発明は、回転可能な本体と、この本体の表面にトナーを担持する被覆層とを備える現像ローラの画像品質を判定する方法であって、前記本体の表面粗さとその表面光沢度を測定し、その表面粗さが10平均粗さ(Rz)=4〜10μmの範囲であり、且つ、その表面光沢度が鏡面光沢度Gs(85°)=1.5〜5%の範囲であるものを画像品質が良好なものとして判定することを特徴とする判定方法である。
現像ローラの被覆層ではなく、現像ローラ本体の表面に着目し、その表面の10点平均粗さと鏡面光沢度とを好適な数値範囲に設定すると、現像ローラの被覆層に担持されるトナーはその全周にわたってほぼ均一な厚さとなり、「かぶり」等の影響が極めて軽減されることとなる。従って、本発明によれば、良好な現像処理を実現することができる。
本発明である、判定方法によれば、良好な現像処理を実現できる現像ローラを容易に選別することができる。
以下、図面を参照して、本発明に従う現像ローラの一形態を詳細に説明する。
図2 (a),(b)はそれぞれ、本発明に従う現像ローラ1の斜視図及びその断面図である。
現像ローラ1は、図2に示すように、良導電性シャフト2と、このシャフト2の外周に一体に設けた弾性層3とからなるローラ本体4を有し、このローラ本体4の表面、即ち、弾性層3の表面3fに被覆層5を形成してなる。
弾性層3の表面3fは、[JISB0601]に準拠して計測した4〜10μmの範囲になる10点平均粗さ (Rz)と、[JIS Z8741]に準拠して計測した1.5〜5%の範囲になる鏡面光沢度Gs(85°)を有する。かかる構成によれば、感光ドラム12に搬送されるトナー量が安定するため、トナー搬送量のばらつきに伴い生じる、所謂、「かぶり」等と呼ばれる画像品質の低下が防止され、良好な現像処理を実現することができる。
また裏を返せば、表面3fの表面粗さとその表面光沢度を測定し、[JISB0601]に準拠して計測した10点平均粗さ(Rz)が4〜10μmの範囲であり、且つ、[JIS Z8741]に準拠して計測した鏡面光沢度Gs(85°)が1.5〜5%の範囲であれば、良好な画像品質を実現できる現像ローラ1であると判定できるから、良好な現処理を実現できる現像ローラ1を容易に選別することができる。
現像ローラ1を製造するにあたっては、ローラ本体4の表面、即ち、弾性層3の表面3fに対して砥石で研磨加工を施す。
図3は、ローラ本体4を研磨するにあたっての実施状況を例示する模式図である。
図3において、符号20は、ローラ本体4のシャフト2を着脱可能に固定保持するコレクトチャックである。このコレクトチャック20は図示せぬ駆動源により自由に回転させることができる。これにより、ローラ本体4は、コレクトチャック20を起点に様々な回転速度で回転することができる。符号21は、軸線O周りに様々な回転速度で回転可能なローラ形の砥石である。この砥石21は、ローラ本体4に対して直交するY方向に接近又は離間することにより、様々な切り込み速度で表面3fを研磨することができる。
表面3fを研磨する場合、砥石の種類は、弾性層3の材質に応じて適宜選択可能であるが、粒度が[JISR6001]に準拠して♯80〜♯100の範囲である。
かかる砥石21を用いれば、表面3fの表面粗さが、[JISB060]に準拠して計測した10点平均粗さ (Rz) で14〜10μmの範囲になると共に、その表面3fの表面光沢度が、[JISZ8741]に準拠して計測した鏡面光沢度Gs(85°)で1.5〜5%の範囲になる。
こうした表面特性を有するローラ本体4に被覆層5を形成すれば、トナーTがローラ本体4に均一に担持されることとなるので、「かぶり」や「ゴースト」の発生を軽減することができる。即ち、砥石21の粒度と直径8mmのビット食い込み深さ又は直径12mmのビット食い込み深さとを測定して好適な数値範囲の砥石を選択するだけで、良好な現像処理を実現する現像ローラを容易に製造することができる。
また、ローラ本体4及び砥石21それぞれの回転速度も、弾性層3の材質に応じて適宜選択可能であるが、砥石21を2000rpm〜3000rpmの範囲で回転させると共に、ローラ本体4を30rpm〜150rpmの範囲で回転させることが好ましい。
更に、砥石21をローラ本体4、即ち、弾性層3に接触させるにあたり、その送り速度(切り込み速度)も、弾性層3の材質に応じて適宜選択可能であるが、2.5mm/分〜10mm/分の範囲とすることが好ましい。
なお、表面3fを研磨するにあたっては、砥石21の種類、研磨速度(回転速度)、切り込み速度及び研磨時間についての好適な条件全てを満たすことが最も好ましいが、この条件のみに着目して研磨してもよい。
本発明に従う現像ローラ1については、ローラ本体4は弾性層3のみの単層構造に限らず、多層構造としてもよい。
本発明に従う現像ローラ1のシャフト2としては、良好な導電性を有する限り特に制限はなく、例えば、鉄、ステンレススチール、アルミニウム等の金属製の中実体からなる芯金や、内部を中空にくりぬいた金属製円筒体等の金属製シャフト、或いは良導電性のプラスチック製シャフト等を用いることができる。
本発明に従う現像ローラ1の弾性層3は、エラストマーから形成され、必要に応じて導電剤等の他の成分を含むことができる。弾性層3に用いるエラストマーとしては、ポリウレタン、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ポリノルボルネンゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム(ECO)、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)及びこれらの混合物等が挙げられ、これらの中でも、ポリウレタンが好ましい。上記弾性層3には、上記エラストマーを非発泡体として用いてもよく、また、上記エラストマーを発泡剤を用いて化学的に発泡させたり、ポリウレタンフォームのように空気を機械的に巻き込んで発泡させる等して、上記エラストマーを発泡体として用いてもよい。
上記弾性層3に用いることができる導電剤としては、電子導電剤、イオン導電剤等が挙げられる。電子導電剤としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等の導電性カーボン、SAF、ISAF、HAF、FEF、GPF、SRF、FT、MT等のゴム用カーボンブラック、酸化処理等を施したカラー(インク)用カーボンブラック、熱分解カーボンブラック、天然グラファイト、人造グラファイト、アンチモンドープ酸化スズ、ITO、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛等の金属酸化物、ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレン等の導電性ポリマー、カーボンウィスカー、黒鉛ウィスカー、炭化チタンウィスカー、導電性チタン酸カリウムウィスカー、導電性チタン酸バリウムウィスカー、導電性酸化チタンウィスカー、導電性酸化亜鉛ウィスカー等の導電性ウィスカー等が挙げられる。上記電子導電剤の配合量は、上記エラストマー100質量部に対して0.5〜50質量部の範囲が好ましく、1〜40質量部の範囲が更に好ましい。
また、上記イオン導電剤としては、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、ドデシルトリメチルアンモニウム、ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、ベンジルトリメチルアンモニウム、変性脂肪酸ジメチルエチルアンモニウム等の過塩素酸塩、塩素酸塩、塩酸塩、臭素酸塩、ヨウ素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、硫酸塩、エチル硫酸塩、カルボン酸塩、スルホン酸塩等のアンモニウム塩;リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属の過塩素酸塩、塩素酸塩、塩酸塩、臭素酸塩、ヨウ素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、硫酸塩、トリフルオロメチル硫酸塩、スルホン酸塩等が挙げられる。上記イオン導電剤の配合量は、上記エラストマー100質量部に対して0.01〜10質量部の範囲が好ましく、0.05〜5質量部の範囲が更に好ましい。上記導電剤は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよく、電子導電剤とイオン導電剤とを組み合わせてもよい。
上記弾性層3は、上記導電剤の配合により、その抵抗値を103〜108Ωcmとすることが好ましく、104〜107Ωcmとすることが更に好ましい。弾性層3の抵抗値が103Ωcm未満では、電荷が感光ドラム等にリークしたり、電圧により現像ローラ自体が破壊する場合があり、108Ωcmを超えると、現像バイアスが電圧降下を起こし、正常な画像濃度が得られない場合があり、また地かぶりが発生しやすくなる。
上記弾性層3は、必要に応じて上記エラストマーをゴム状物質とするために、有機過酸化物等の架橋剤、硫黄等の加硫剤を含有してもよく、更に加硫助剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、加硫遅延剤等を含有してもよい。また、上記弾性層3は、更に、充填剤、しゃく解剤、発泡剤、可塑剤、軟化剤、粘着付与剤、粘着防止剤、分離剤、離型剤、増量剤、着色剤等のゴム用配合剤を含有してもよい。
また、上記弾性層3の硬度は、特に制限されるものではないが、アスカーC硬度で80度以下、特に40〜70度とすることが好ましい。この場合、硬度が80度を超えると、感光ドラム等との接触面積が小さくなり、良好な現像が行えなくなるおそれがある。更に、トナーに損傷を与え感光体や成層ブレードへのトナー固着などが発生して画像不良となりやすい。逆に、あまり低硬度にすると感光体や成層ブレードとの摩擦力が大きくなり、ジッターなどの画像不良が発生するおそれがある。また、この弾性層3は、感光体や成層ブレードなどに当接して使用されるため、硬度を低硬度に設定する場合でも、圧縮永久歪をなるべく小さくすることが好ましく、具体的には20%以下とすることが好ましい。
本発明に従う現像ローラ1の被覆層5を形成する樹脂としては、架橋性の樹脂が用いられるが、架橋性樹脂であれば特に制限はなく、感光ドラム等の画像形成体に対して非汚染性のもので密着しないものであればよい。ここで、架橋性樹脂とは、熱、触媒、空気(酸素)、湿気(水)、電子線等により自己架橋する樹脂または架橋剤や他の架橋性樹脂との反応により架橋する樹脂をいう。このような架橋性樹脂としては、例えば、水酸基、カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、イミノ基、イソシアネート基、メチロール基、アルコキシメチル基、アルデヒド基、メルカプト基、エポキシ基、不飽和基等の反応基を持つフッ素樹脂、ポリアミド樹脂、アクリルウレタン樹脂、アルキッド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエーテル樹脂、アミノ樹脂、尿素樹脂、アクリル樹脂、アクリル変性シリコーン樹脂、スチレン−ブタジエン樹脂およびこれらの混合物が挙げられる。また、これらと他の樹脂との混合物も使用することもできる。これらの架橋性樹脂の中でも、ポリウレタン樹脂が好ましい。
これら架橋性樹脂の架橋に用いられる触媒としては、例えば、過酸化物やアゾ化合物等のラジカル触媒、酸触媒、塩基性触媒等が挙げられる。また、架橋剤としては、水酸基、カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、イミノ基、イソシアネート基、メチロール基、アルコキシメチル基、アルデヒド基、メルカプト基、エポキシ基、不飽和基等の反応基を1分子中に2個以上有する、分子量1000以下、好ましくは分子量500以下の化合物であり、例えば、ポリオール化合物、ポリイソシアネート化合物、ポリアルデヒド化合物、ポリアミン化合物、ポリエポキシ化合物等が挙げられる。また、被覆層5には、さらに、トナーへの帯電能の向上、他の部材との摩擦力低減や導電性の付与等を目的として、荷電制御剤、滑剤、その他の樹脂等、種々の添加剤を配合することができる。
上記被覆層5には、その導電性を制御する目的で導電剤を配合することができ、該導電剤としては、上記弾性層3に用いられる導電剤として例示したものと同様のものを例示することができる。
上記被覆層5の形成方法は、被覆層5を構成する各成分を含む塗料を調製し、該塗料をディッピング法やスプレー法、或いはロールコート法により弾性層上に塗布し、乾燥する方法が好ましく用いられる。ここで、本発明においては、前記塗料を常温常湿で24時間以上放置した後に当該塗料を前記弾性層の外周面に塗布することによって被覆層5を形成することが好ましい。このように、塗料を常温常湿で24時間以上放置することによって、上記鏡面光沢度を有する表面を備えた現像ローラ1を得ることができ、また、得られる現像ローラ1のトナー搬送量を適正な範囲内とすることができる。
上記被覆層5を形成するための塗料の調整に使用される溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール等のアルコール系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサン等のケトン系溶媒;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒;ヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒;シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒;酢酸エチル等のエステル系溶媒;イソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒;ジメチルスルフォアミド等のアミド系溶媒;クロロフォルム、ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素系溶媒等あるいはこれらの混合溶媒が好ましく用いられる。かかる溶媒は、用いる樹脂の溶解性に応じて適宜選択すればよく、特に限定されるものではない。
上記被覆層5の厚さは、特に制限されるものではないが、1〜50μmであることが好ましく、5〜10μmの範囲が更に好ましい。被覆層5の厚さが1μm未満であると、局所的な放電が起こって、画像に白横線が発生しやすくなる場合があり、50μmを超えると、現像ローラ1の表面が硬くなり、トナーにダメージを与えて感光ドラムや成層ブレードへのトナーの固着が発生して画像不良となる場合がある。
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
(実施例1〜4および比較例1〜3)
下記組成の基材ポリマーを混合した後、硬化剤を添加して、あらかじめシャフト2を配置しておいた金型内に注型し、90℃で8時間硬化させて、シャフト2の外周に弾性層3を形成した。弾性層3は、これを脱型した後、それぞれ条件を変えて表面3fを研削した。
基材ポリマー組成
ポリエーテルポリオール(商品名:SBU 0610) 100質量部
シリコーン界面活性剤(商品名:BY16−201) 5質量部
ジブチルチンジラウレート 0.01質量部
アセチレンブラック 3質量部
硬化剤
ウレタン変性MDI(商品名:スミジュールPF) 17.5質量部
次いで、ウレタン樹脂(商品名:ダイプラコート SO4748、大日精化製)100質量部、イソシアネート硬化剤(商品名:EN-2、大日精化製)10質量部、シリカ充填材(商品名:ニプジル SS-20、日本シリカ製)20質量部を混合して、被覆層形成用塗料を作成した後、常温常湿で表1に示す時間放置した。放置後、溶剤を表1中に示す所定の粘度になるよう適宜使用して塗料を希釈した。これを、上記弾性層3上にディッピング塗布して樹脂塗膜を形成し、110℃で4時間硬化させて、被覆層5とした。以上のようにして、各実施例および比較例の現像ローラを作製した。
上記実施例及び比較例の現像ローラにつき、以下の特性試験を行った。結果を表1に示す。
(1)鏡面光沢度(Gs)
各ローラ本体の鏡面光沢度については、ローラ本体の軸方向及び円周方向で偏りが無いように、図4(a)に示す状態に保持したときの頂点について、図4(b)に示す計6点を、「No.4601 ガードナー・ヘイズグロス計」(BYKガードナー社製)を用い、[JIS Z8741]に準拠して、軸方向に沿って入射角85°で計測を行い、これら6点の平均値を求めた。
(2)表面粗さ(Rz)
各ローラ本体の表面について、表面粗さ計サーフコム590A(東京精密社製)を用い、軸方向に対して直交する向き(ローラ本体の回転方向)に測定長さ2.4mm、測定速さ0.3mm/sec、カットオフ波長0.8mmで、ローラ本体の軸方向及び円周方向で偏りが無いように、300個所以上測定した値を平均して10点平均粗さ[JISB0601]を求めた。
(3)トナー搬送量(mg/cm2
各現像ローラを図1に示した現像ユニットに装着し、50mm/secの周速で回転させることにより現像ローラの表面にトナーを均一に付着させた後、この付着したトナーを、吸引式小型帯電量測定装置(トレック・ジャパン株式会社製)を用いて吸引すると共に当該吸引部分の面積を測定し、単位面積あたりのトナー搬送量(mg/cm2)を求めた。
(4)画像品質評価(かぶり)
各現像ローラについて、その外径を20.00±0.05mmとし、金属シャフトを保持した状態で測定した外径振れを0.03mmとした。またトナーは、正帯電、非磁性一成分、重合トナーを使用し、クリーニングブレードの材質にシリコーンゴムを使用した。更に用紙は、「BUSSINESS MULTIPURPOSE 4200 PAPER」(XEROX社製)を使用し、印字条件は、用紙面積に対し、所定の占有面積%となるよう、文字数を調整して文字を印字した。印字枚数は、1%印字濃度で14000枚を上限とし、「かぶり」が0〜8000枚目の間で発生した場合には「ばらつきあり」と、8001枚目以上で発生した場合には「良好」と評価した。
Figure 2008129537
表1の通り、ローラ本体の表面が4〜10(μm)の範囲になるJIS10点平均粗さ(Rk)と、1.5〜5(%)の範囲になる鏡面光沢度Gr(85°)を有する条件を満たす、各実施例1〜4は、この条件を満たさない比較例1〜3の現像ローラと比較して良好な画像品質を得られることが確認された。
本発明装置及び判定方法は、紙葉類からなる画像成形体に、現像ローラに担持したトナーを孔状の制御電極を介して直接飛翔せしめて、画像を形成する画像形成装置にも適用することが可能である。
本発明に従う現像ローラを採用した画像形成装置を示す模式断面図である。 (a),(b)はそれぞれ、本発明に従う現像ローラの斜視図及びその断面図である。 ローラ本体を研磨するにあたっての実施状況を例示する模式図である。 (a),(b)はそれぞれ、鏡面光沢度の計測方法を例示する斜視図及び模式図である。
符号の説明
1 現像ローラ
2 シャフト
3 弾性層
4 ローラ本体
5 被覆層

Claims (5)

  1. 回転可能な本体と、この本体の表面にトナーを担持する被覆層とを備える現像ローラであって、
    前記本体の表面は、4〜10μmの範囲になる10点平均粗さ (Rz)と、1.5〜5%の範囲になる鏡面光沢度Gs(85°)とを有することを特徴とする、現像ローラ。
  2. 前記本体の表面は、ポリウレタンからなる、請求項1に記載の、現像ローラ。
  3. 前記被覆層は、架橋性樹脂からなる、請求項1又は2に記載の、現像ローラ。
  4. 前記架橋性樹脂が、ポリウレタンである、請求項3に記載の、現像ローラ。
  5. 回転可能な本体と、この本体の表面にトナーを担持する被覆層とを備える現像ローラの画像品質を判定する方法であって、
    前記本体の表面粗さとその表面光沢度を測定し、その表面粗さが10平均粗さ(Rz)=4〜10μmの範囲であり、且つ、その表面光沢度が鏡面光沢度Gs(85°)=1.5〜5%の範囲であるものを画像品質が良好なものとして判定することを特徴とする、現像ローラの画像品質を判定する方法。
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