JP2703922B2

JP2703922B2 - 加圧現像方式の現像装置

Info

Publication number: JP2703922B2
Application number: JP63080015A
Authority: JP
Inventors: 雅弘細矢; 光治遠藤; 幸男二俣
Original assignee: Toshiba Corp; Tec Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Tec Corp
Priority date: 1988-03-31
Filing date: 1988-03-31
Publication date: 1998-01-26
Anticipated expiration: 2013-01-26
Also published as: JPH01252979A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、電子写真装置や静電記録装置において静電
潜像を可視像化する現像装置に関し、さらに詳しくは一
成分現像剤によって高品位の画像を得ることができる現
像装置に関する。

（従来の技術）一成分現像剤を用いる現像方法の一つとして、加圧現
像法（Impression Development）が知られている。この
方法は、静電潜像とトナー粒子もしくはトナー担持体と
を実質的に零の相対周辺速度で接触させることを特徴と
しており（米国特許3,152,012、同3,731,146、特開昭47
−13088、同47−13089等）、磁性材料が不要であるため
装置の簡素化および小型化が可能であるとともに、トナ
ーのカラー化が容易である等多くの利点を有している。

上記加圧現像法においては、トナー担持体を静電潜像
に押圧もしくは接触させて現像を行うため、弾性および
導電性を有する現像ローラを用いることが必要となる。
特に、静電潜像保持体が剛体である場合には、これを傷
つけることを避けるため現像ローラを弾性体より構成す
ることが必須条件となる。また、周知の現像電極効果や
現像バイアス効果を得るためには、現像ローラ表面もし
くは表面近傍に導電層を設け、必要に応じてこれにバイ
アス電圧を印加することが好ましい。

このような構成の現像ローラの具体例としては、金属
性のローラ基材の表面にフォームラバーもしくはポリウ
レタンフォームの如き弾性体層を設け、さらに可撓性導
電体層と結着用樹脂中にグラファイト粒子を分散した最
外層を順に被覆した現像ローラがある（特開昭47−1308
8）。すなわち、この現像ローラの表面層は、アルミ処
理されたポリエチレンテレフタレートの薄板に水平塗布
装置を用いて上記のグラファイト−結着樹脂混合物を約
20μｍの厚さになるように塗布したものである。

しかしながら、上記発明においてはグラファイト−結
着樹脂混合物が塗布されたポリエチレンテレフタレート
の薄板を、いかにして弾性体層の表面に被覆するかが開
示されていない。試しに、本発明者等が上記薄板を弾性
体層の表面に巻きつけて接着したローラを作成し加圧現
像を実行したところ、薄板の継目においては表面が特異
な電気特性を示すため、継目およびその近傍に均一なト
ナー層を形成することができず、上記薄板の継目が画像
に顕著に現われ好ましくない画像となった。

この問題を解決するため、本発明者らは既にポリエス
テル、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート等の
シームレスチューブの外表面に、導電性カーボンを分散
することにより導電化したポリエステル樹脂をコーティ
ングしたチューブの内側に、このチューブの内径よりも
わずかに大きな外径を有する軟質ウレタンフォームを挿
入することにより、現像ローラを作成する方法を提案し
た。しかしながら、この現像ローラにも次のような問題
が見出された。第１の問題は、上記の導電性ポリエステ
ル樹脂層は長期間使用すると、トナー中に混入している
異物やトナーの凝集体によって傷つけられ、現像像にス
ジ状の濃度ムラを生ぜしめること。第２の問題は、現像
ローラの表面のみが導電性であるため、ローラの芯金か
ら表面に現像バイアスを供給することができず、ローラ
表面に直接電極を接触させて給電しなければならないこ
と。このような電極はローラ表面の導電層を傷つけた
り、電極とローラ表面の間にトナー粒子が侵入したりす
るため、電極と導電層の導通が不充分となり、現像像の
地カブリを引起こした。第３に、上記のチューブと軟質
ウレタンフォームの間に滑りが生じ、画像に濃度ムラを
もたらした。

（発明が解決しようとする課題）本発明はかかる従来技術の課題を解決すべくなされた
もので、濃度ムラや地カブリの無い高品位の画像が得ら
れ、かつ長期間の使用においても画質の劣化が生じない
一成分現像装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明の現像装置は、静電潜像保持体に対向配置され
た弾性を有する現像ローラと、前記現像ローラの表面に
トナー層を形成する手段と、前記現像ローラを前記静電
潜像保持体よりも速い回転速度で回転させる手段とを有
する加圧現像方式の現像装置において、前記現像ローラは少なくとも外周表面にポリウレタン
樹脂を主成分とする抵抗値が10¹⁰Ω・cm以下の導電層を
有し、該導電層の内側にJIS規格K 6301のＡ型硬度計で
測定した硬度が40度以下で抵抗値が10¹⁰Ω・cm以下の耐
油性ゴムから成る弾性体層を有することを特徴としてい
る。

上記耐油性ゴムとしては、NBR（ブタジエンアクリロ
ニトリルゴム）やネオプレン（クロロプレンゴム）が適
している。これらのゴムは、配合剤を用いなくとも抵抗
値が10¹⁰Ω・cm前後であり、そのままでも使用可能であ
るが、導電性カーボンのような導電性付与剤を用いて抵
抗値を低下させて使用することが望ましい。なお、弾性
体層の抵抗値は、10⁹Ω・cm以下、10⁴Ω・cm以上の範囲
とするが特に好ましい。

（作用）本発明によれば、以下の作用により高品位の画像を維
持できる。

NBRやネオプレンのような耐油性ゴムは、他のゴム
材料に比べて電気抵抗が低く、10¹⁰Ω・cm前後の値を示
す。そのため、金属性芯体と導電性表面層の間に耐油性
ゴムからなる弾性体層を設けると、芯体より現像バイア
スを供給することが可能となる。また、導電性の充填剤
を配合する場合でも他のゴムの場合よりも少ない量で抵
抗値を必要な値まで低下させることができる。

一般に、導電性カーボン等を分散することによっ
て、低抵抗化されたゴムやスポンジは柔軟性に欠け、ま
た圧縮永久ひずみが大きい。NBRやネオプレンのような
耐油性ゴムは上記のように導電化処理が不要、もしくは
少量の添加で低抵抗化できるため、これを弾性体層とす
ることにより極めて柔軟で変形の少ない現像ローラを得
ることができる。

したがって、現像ローラの変形に起因する画像の濃度
ムラが生じ難く、たとえ何らかの理由で変形や偏心が生
じた場合にも、そのような変動をカバーできるだけの現
像ニップ幅を容易に得ることができるため、画像濃度の
均一性を長期間にわたって維持することが可能となる。

耐油性ゴムで弾性体層を構成したので、表面に塗布
するポリウレタン系導電性塗料によっておかされること
が無い。また、ポリウレタン系樹脂との接着も良好であ
り、長期間の使用においても導電層の剥がれやローラの
変形等の問題は全く生じない。

ポリウレタン樹脂は、他の樹脂に比べ物理的、機械
的強度において圧倒的に優れており、苛酷な使用条件下
においても摩耗したり傷ついたりすることは殆ど無い。
また、導電性カーボン微粒子の添加によって低抵抗化し
たり、染料等の極性制御剤を添加することによってトナ
ー粒子との摩擦帯電性を制御することも容易である。

ポリウレタン樹脂の塗膜やフィルムはゴム弾性を持
っているので、変形・屈曲・延伸等に対して優れた追随
性を示し、耐油性ゴムの弾性を損なうことが無い。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明
する。

図面は本発明にかかる現像装置の一実施例を示す要部
断面図である。同図において、現像ローラ１は金属シャ
フト２の外周に弾性体層３および導電体層４を順に設け
たもので、反時計まわりに回転する。金属シャフト２は
ステンレス製であり直径は8mmとした。弾性体層３はNBR
ゴムより成っており、JIS規格K 6301のＡ型硬度計で28
〜30度の硬度を有し、外径は20.0mmである。NBRゴムの
電気抵抗値は、上記のゴムローラを同径のステンレス製
ローラと接触幅が4mmとなるように平行配置し、両ロー
ラの金属シャフト間に100Vの電位差を設けた時に観測さ
れる電流を測定することにより算出した結果、3.7×10
¹⁰Ω・cmであった。

導電体層４はポリウレタン樹脂中に導電性カーボン微
粒子を分散することにより10³Ω・cmの導電性を付与し
た厚さ30μｍのもので、次の工程によってNBRゴム表面
に塗布して形成したものである。まず、導電性ポリウレ
タン塗料として、日本ミラクトラン（株）社製の商品名
“スパレックス:DH20Z313"を用い、これにメチルエチル
ケトン（MEK）とテトラヒドロフラン（THF）を１対１の
割合で混合した希釈溶剤を等量添加する。“スパレック
ス”は熱可塑性ポリウレタンをベースとした溶液タイプ
の導電性ウレタンエナメルである。この希釈された塗料
を充分に撹拌したのち、溶剤で洗浄したNBRゴムの表面
にディッピング法によって塗布する。NBRゴムローラの
引上げ速度は5mm/secとした。塗布後、約30分間空気中
にて乾燥し、その後100℃で20分間熱処理を施した。こ
のようにして作成された導電体層４の厚さは約30μｍで
あり、抵抗値は５×10³Ω・cmであった。NBRゴムローラ
の端部側面にも上記塗料を塗布して良いが、ここでは実
験のため端部側面に付着した塗料を剥がして使用した。

トナー層形成部材５は、厚さ0.2mmのリン青銅板の先
端部を内径2mmの半円形に成形したもので、円弧の一部
が所定の圧力で現像ローラ１の表面に押圧されている。
現像ローラ１の表面には、この他にトナーこぼれ防止用
のリカバリーブレード６、トナー供給ローラ７および感
光体ドラム８が圧接されている。

リカバリーブレード６は、トナー容器９の内部に収納
されている一成分非磁性トナー10が現像器外にこぼれる
ことを防止すると同時に、現像ローラ表面の現像残りの
トナーをこぼさずにトナー容器内に回収する機能を持っ
ており、この実施例では厚さ0.5mmのウレタンゴムシー
トをスポンジ上に接着したものを用いた。ウレタンゴム
シートは図のように端部を除く側面が現像ローラ１に軽
く押圧されている。トナー供給ローラ７は密度75kg/
m³、発泡セル数80個/25mmの軟質ポリウレタンフォーム
より成っており、現像ローラ１に対する接触深さを0.5m
m、回転周速度を現像ローラ１の1/2とした。トナー薄層
形成部材５を線圧80g/cmで現像ローラ１に押圧し、現像
ローラ１を94mm/secの周速で回転させたところ、現像ロ
ーラ表面には単位面積あたり0.5mg/cm²の均一なトナー
薄層が形成された。このトナー薄層をエアーにて吸引し
ファラテーケージ内に導入して電荷量を測定したとこ
ろ、−9.0μC/gであった。ここで使用したトナーは、ポ
リエステル系樹脂中にカーボンブラックを分散した負帯
電型の絶縁性黒色トナーで、トナーの帯電は主としてト
ナー薄層形成部材５との摩擦によって行われている。

本実施例においては、表面が負に帯電された有機光導
電体にレーザビームを照射することによって潜像を形成
し、これを反転現像法によって可視像化する、いわゆる
レーザビームプリンタに上記現像装置を適用した場合を
例示する。

画像部電位すなわち露光部電位を−50V、非画像部電
位すなわち未露光部電位を−500V、現像バイアス（シャ
フト２に印加する電圧）を−250V、感光体ドラム８と現
像ローラ１の接触幅を1.5mmとして反転現像を実行した
ところ、画像濃度1.4でカブリが全く無く、極めてシャ
ープなライン画像を有する印字サンプルを得た。

条件を最適化するため、各パラメータの影響を調べ
た。まず、現像ローラ１の弾性体層３として、導電性カ
ーボンの添加によって抵抗値を10²Ω・cmとした導電性N
BRを用い、その表面に上記の導電性ポリウレタン樹脂層
を設けたローラにより、上記の現像実験を行った。この
場合、NBRゴムは硬度40度とやや硬かったが、前記の画
像とほぼ同等の印字が得られた。次に、NBRゴムの代り
に抵抗値１×10¹³Ω・cmのクロロプレンゴムを用い、そ
の他は上記の実施例と同じ条件として現像実験を行った
ところ、現像バイアスの効果が小さく、地カブリの目立
つ貧弱な画像となった。また、抵抗値１×10¹⁰Ω・cmの
クロロプレンゴムを用いて同様の実験を行ったところ、
地カブリの無い良好な画像が得られた。これらの結果か
ら、弾性体層３は抵抗値１×10¹⁰Ω・cm以下の抵抗値を
有する弾性体によって構成しなければならないことがわ
かった。

また、金属シャフト２と表面導電体層４の間の現実の
抵抗値は、１×10⁹Ω以下、好ましくは１×10⁷Ω以下の
ときに良好な特性が得られた。

次に硬度の異なるNBRゴムより成る現像ローラを用い
て現像実験を行ったところ、JIS K 6301A型試験機によ
り硬度40度以下のゴムが実用上良好な結果を与えること
がわかった。硬度が40度を超えると、感光体ドラム８と
現像ローラ１との接触幅を0.5mm以上とすることは実用
上困難となり、ローラの偏心や変形が濃度ムラとなって
画像に著しく現われた。また、硬度26度のNBRゴムは良
好な結果を与えることがわかった。

導電性ポリウレタン樹脂層の厚さの最適範囲を調べ
た。ディッピング法およびスプレー法にて塗布の検討を
行ったが、導電体層の厚さを１μｍ以下とすることは事
実上、困難であり、これ以下の厚さでは塗りムラが濃度
ムラとなって画像に現われた。厚さの上限値は、NBRゴ
ムの硬度にも依存するため一概には決定できないが、硬
度28度〜35度のゴムに対しては、200μｍ以下とするこ
とが好ましいことがわかった。これ以上の厚さとする
と、導電体層４はNBRゴムの弾性変形に追従できず、導
電層にシワが生じたり、亀裂が生じたりした。また、ポ
リウレタン樹脂中に分散する導電性カーボンの量を種々
変更し、抵抗値の最適化をはかった。１×10¹⁰Ω・cmお
よび３×10¹¹Ω・cmの２サンプルについて現像特性を詳
細に調べたところ、３×10¹¹Ω・cmでは画像に地カブリ
を生じることが明らかになった。１×10¹⁰Ω・cmのサン
プルを用いた時には、感光体表面電位を−700V、現像バ
イアスを−250Vとすることで、地カブリを抑制すること
ができた。導電層の抵抗値が10⁸Ω・cm以下の時にはよ
り好ましく、感光体表面電位が−500Vの時にも、カブリ
の無い良好な画像が得られた。

その他、現像ローラ１と感光体ドラム８の接触幅は0.
5〜6mmの範囲内のとき、良好な画像が得られた。0.5mm
以下では濃度ムラが、6mm以上ではカブリが顕著であっ
た。また、現像ローラ１の回転周速度は、感光体ドラム
８の1.2倍から6.0倍の範囲内で良好な画像が得られた。
1.2倍以下では濃度不足やシャープネスの欠如が、6.0倍
以上では画像の尾引きが生じた。

［発明の効果］以上詳述したように、本発明によれば物理的、機械的
強度に優れ、充分な導電性と柔軟性を有する現像ローラ
が得られる。弾性体層としてNBRゴムやクロロプレンゴ
ムのようなそれ自体体積固有抵抗が小さい耐油性ゴムを
用いているため、特別な導電化処理を施すことなしに、
もしくは少量の導電カーボン等の添加により、シャフト
より現像バイアスを供給することが可能であり、低硬度
で圧縮永久ひずみが小さく、かつ安価な現像ローラを得
ることができる。これらの特性は、長期間にわたって濃
度ムラやカブリの無い良好な現像像を得る上で顕著な効
果をもたらすのである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示す要部断面図である。１……現像ローラ３……弾性体層４……導電体層５……トナー層形成部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者二俣幸男静岡県田方郡大仁町大仁570 東京電気株式会社大仁工場内 (56)参考文献特開昭57−165866（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−115245（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−181569（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】静電潜像保持体に対向配置された弾性を有
する現像ローラと、前記現像ローラの表面にトナー層を
形成する手段と、前記現像ローラを前記静電潜像保持体
よりも速い回転速度で回転させる手段とを有する加圧現
像方式の現像装置において、前記現像ローラは少なくとも外周表面にポリウレタン樹
脂を主成分とする抵抗値が10¹⁰Ω・cm以下の導電層を有
し、該導電層の内側にJIS規格K 6301のＡ型硬度計で測
定した硬度が40度以下で抵抗値が10¹⁰Ω・cm以下の耐油
性ゴムから成る弾性体層を有することを特徴とする加圧
現像方式の現像装置。