JP2857417B2

JP2857417B2 - 現像ロール

Info

Publication number: JP2857417B2
Application number: JP1134430A
Authority: JP
Inventors: 裕二太田; 正明犬伏; 宏泰加藤
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 1989-05-27
Filing date: 1989-05-27
Publication date: 1999-02-17
Anticipated expiration: 2014-02-17
Also published as: JPH02311871A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕電子写真複写機等に用いられる接触現像装置の現像ロ
ールに関するものである。

〔従来の技術〕

感光ドラムのような静電潜像保持体と所定極性に帯電
されたトナー搬送体（以下「現像ロール」と略す）とを
直接接触させて現像するいわゆる接触現像法は、非磁性
−成分現像法の一つとして有力な手段である。上記現像
ロールに要求される特性は、感光ドラムのような静電潜
像保持体が剛体の場合以下のとおりである。適当なニ
ツプ幅を得るため低硬度であること。接触にともなう
現像ロールの変形に関し永久変形が少ないこと。所望
の現像特性を得るため半導電性領域10⁵〜10¹⁰Ω・cmの
範囲内にあること。静電潜像保持体の欠陥（支持金属
部材が露出した状態）部があつても現像ロールから放電
が起こらないこと。所望の現像特性を得るために静電
潜像保持体と現像ロールに掛ける電界強度が低いこと
（電源コストは出力電圧依存が大きい）。また現像ロー
ルの表面および表面近傍の性質としてトナーと摩擦し
て所定の帯電極性，帯電量が得られること。トナーと
の離型性が良く、使用中に現像ロール表面上にトナーフ
イルミングがないこと。現像ロール表面上に均一なト
ナー層を得るため表面が適当な表面粗度を有しているこ
と、静電潜像保持体との直接接触によるステツクスリ
ツプの低減のため摩擦係数が低いこと。耐摩耗性が良
好で耐久性に優れること。静電潜像保持体に対し、現
像ロールから成分移行がないこと（感材汚染がないこ
と）等である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

これらの要求に対して、従来の現像ロールは、第３図
に示すように、芯金１の外周上に、低硬度ゴム組成物か
らなるゴム層２を設けたものであつた。上記ゴム組成物
としては、（ａ）シリコーンゴム，エチレン−プロピレ
ンゴム，スチレン−ブタジエンゴム等の絶縁性ゴムにカ
ーボンブラツク，金属粉等の導電性粒子を配合し、硬
度，電気抵抗を調整したもの、（ｂ）アクリロニトリル
−ブタジエンゴム，クロロプレンゴム，アクリルゴム等
の高誘電率ゴム単独もしくは抵抗調整のため、リン酸ト
リブトキシエステル（TBxP）等の可塑剤、または帯電防
止剤等を配合したものが使用されている。これらの現像
ロールは、芯金外周上に接着剤を介し、上記ゴム組成物
を金型加硫，蒸気加硫等の常法により成型加硫した後円
筒研磨してつくられる。これらの低硬度ゴム組成物より
なる現像ロールは、前に述べた現像ロールの必要特性に
対し多くの不備な点を持つている。すなわち、上記ゴム
組成物（ａ），（ｂ）を用いた現像ロールとも、低硬度
（接着現像方式においては硬度40°以下、好ましくは30
°以下が望ましい）化のため多量の硬化材，可塑剤を配
合していることからつぎのような問題を生ずる。すなわ
ち、ゴム層が低硬度のため、研磨表面が荒れ、必要な
表面粗度が得られにくい。ゴム層に表面粘着性がある
ため、トナー離型性が悪い。ゴム層の強度が乏しくな
るため耐摩耗性に劣り、使用にともない表面特性が変化
するためトナー搬送量が変化する。必要なニツプ幅を
得るためにはゴム層の厚みが少なくとも3mm程度必要で
あるが、このようにすると感光ドラムのような静電潜像
保持体と現像ロール芯金間に高電圧を印加する必要を生
じる（上記ゴム組成物（ａ），（ｂ）の抵抗領域《半導
電性》においてゴム層の厚みを上記のようにすると、必
要な静電潜像保持体，現像ロール表面間の電界強度を得
るためには静電潜像保持体と現像ロール芯金間に高電圧
を印加する必要が生じる）。また、上記ゴム組成物
（ａ）を用いた現像ロールにおいては、カーボンブラツ
クのように導電性粒子の粒子間距離によつて電気抵抗が
制御されているのであるが、半導電領域10^５〜10Ω・cm
では、現像ロール全体にわたって均一な電気抵抗を得る
のが難しく、また接触にともなう変形で電気抵抗が変化
するうえ、導電性粒子を含んでいるため、先に述べた現
像ロールの必要特性の耐放電性に劣るという問題があ
る。また上記ゴム組成物（ｂ）を用いた現像ロールにお
いては、低硬度化のために高誘電性液体（可塑剤，芳香
族系オイル等）を配合するが、これらの高誘電性液体は
滲み出しにより、静電潜像保持体、特に表面の有機感光
体を汚染したり、破損したりする傾向が強い。また可塑
剤はトナーを溶解し易い性質があるため現像ロール上に
トナーのフイルミングを生じ易い。

この発明は、このような従来の現像ロールの欠点を解
消し、先に述べた接触現像に使用される現像ロールの要
求特性を全て満たす現像ロールの提供をその目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、この発明の現像ロール
は、軸体の外周上に低硬度導電ゴム組成物よりなり、厚
みが少なくとも3mmである基層を設け、その外周上に導
電性粒子，可塑剤，芳香族系オイルを含有しない高誘電
率ゴムよりなり、厚みが30〜200μｍの範囲内である第
一被覆層を設け、さらにその外周上にトナー離型性が良
く，摩擦係数が低く，かつ可撓性を有する合成樹脂より
なり、厚みが５〜100μｍの範囲内である第二被覆層を
設けたという構成をとる。

〔作用〕

本発明者らは、従来の現像ロールがゴム組成物層単層
で要求特性を全て満足させようとするため前述の欠点を
生じていると考え、現像ロールに要求される特性を満た
すためには多層構造にすればよいのではないかと着眼し
た。すなわち多層のうち、基層を低硬度導電ゴム組成物
により形成し、その厚みを特定の範囲内にすることによ
り、現像ロール要求特性の，，を満足させ、特定
の高誘電率ゴムより形成され、その厚みが特定の範囲に
設定された第一被覆層により，，を満足させ、さ
らに特定の合成樹脂より形成され、その厚みが特定の範
囲に設定された第二被覆層により，，，，を
満足させるわけである。

つぎに、これらについて詳しく説明する。なお、この
説明は円筒ロール形状の現像ロールで行うが、この発明
の多層構造は帯状現像部材にも応用することができる。

〈基層について〉現像ロールは感光ドラムのような静電潜像保持体に対
し直接接触して現像を行う関係上、適切なニツプ幅（接
触部の幅）をもつ必要がある。ニツプ幅としては0.5mm
幅、望ましくは1.0〜1.5mm程度必要である。押付力が大
きければ、硬度が高くてもニツプ幅をかせぐことはでき
るが、押付力が大きい場合、静電潜像保持体を回転させ
る駆動力が大きくなり、大容量のモーターを必要とし現
実的でない。そのうえ、硬度が高く押付力が大きい場合
には、軸方向の両端に荷重がかかる結果、第４図（ｂ）
に示す理想的なロールの接触部形状に対し、ロールが変
形し第４図（ａ）に示すようにニツプ幅が軸方向で不均
一（中央が小さくなる）になるという問題がある。これ
らの問題は基層の硬度と密接な関係があるため、基層の
硬度は高くないこと（低硬度であること）が好ましく、
特に40Hs（JISA）以下、望ましくは30Hs以下にすること
が好適である。さらに、ニツプ幅はゴム層の厚みに関係
し、例えば硬度40Hs以下としても、少なくとも3mm程度
の厚みを必要とする。前述したように3mm程度の厚みに
対し、10^６〜10Ω・cmのゴム組成物の単層とすると、所
望の現像特性を得るための電圧を高くする必要があり、
装置コストアツプの要因となる。そこで低電圧化を図る
ためには、基層に弾性電極の役割を持たせ、要求の電気
特性を第一，第二被覆層に分担させれば良い。基層が弾
性電極として機能するためには電気抵抗として10⁴Ω・c
m以下にすることが好適である。

このような基層に要求される特性を満足させる低硬度
導電ゴム組成物としては、ポリノルボーネン，エチレン
−プロピレンゴム，クロロプレンゴム，ニトリルゴム，
シリコーンゴム等にカーボンブラツク，金属粉等の導電
性粒子を分散したゴム組成物があげられる。特に低硬度
時の強度、オイルにじみ性および加工性の観点から、ポ
リノルボーネン，エチレン−プロピレンゴムおよびその
混和物にカーボンブラツク（ケツチエンブラツクEC）を
配合したゴム組成物が望ましい。

基層の成型は、軸体（金属製円筒体，円柱体等）に接
着剤を介し上記低硬度導電ゴムを常法に従つて加熱加硫
（プレス加硫，蒸気加硫）することにより行われ、これ
により軸体の外周に基層が密着形成される。そして、必
要に応じ研磨される。

〈第一被覆層について〉第一被覆層に好適に要求される電気抵抗10^５〜10Ω・
cm（表面積１cm²当たりの体積抵抗）を実現する方法と
しては、高誘電率ゴムを使用すること、絶縁性ゴム
に導電性粒子を分散したゴム組成物を使用することの２
つがあげられる。しかし、上記は、従来の現像ロール
の欠点で説明した様にロール全体にわたつて均一な抵抗
を得ることが困難であるうえ、耐放電性に劣るという問
題をもつている。この点で、上記の高誘電率ゴム、特
にエピクロルヒドリン−エチレンオキサイド共重合ゴム
を使用することが望ましい。このゴムを用いると、エピ
クロルヒドリンとエチレンオキサイドの共重合比を変更
することにより、可塑剤等の添加なしに容易に抵抗を調
整することができる。

上記第一被覆層は、基層上に直接または接着剤を介し
てスプレー法，デイツピング法またはロールコータ法な
どの方法により30〜200μｍの厚さに形成される。厚み
が30μｍ以下になると、第一被覆層の耐放電性の信頼性
が乏しくなり、しかも基層の粗度がそのまま現れるよう
になる。逆に200μｍを超えると、前記製法では、コー
テイング液のチクソトロピツクな特性のため、実用的な
製造条件範囲内では、均一な膜厚を得にくくなる。

〈第二被覆層について〉第二被覆層は、トナーと直接接触するとともに、感光
ドラムのような静電潜像保持体とも接触し摺擦するた
め、トナー離型性が良く、摩擦係数が低く、かつ可撓性
を有する合成樹脂で構成し、その厚みを５〜100μｍ、
とくに10〜80μｍに設定することが望ましい。厚みが５
μｍ未満になると耐久性の観点から信頼性に乏しくな
り、100μｍを超えると第二被覆層の剛性効果が大きく
なり基層の低硬度導電ゴムの効果を少なくしてしまう傾
向がみられるからである。現像ロールは、静電潜像保持
体と直接接触する関係上、ロールの変形をともなうた
め、最外層となる第二被覆層の合成樹脂には可撓性が要
求される。すなわち、伸びが余りに低いと（20％以下に
なると）第一被覆層に対する追従性が悪くなり、割れ，
はがれなどの不具合を生じやすくなる。また第二被覆層
に使用する合成樹脂には、電気抵抗調整のためにカーボ
ンブラツク等の導電性粒子を分散させることができる。
耐放電性については、現像ロール全体でみた場合、第一
被覆層が分担するため、第二被覆層は事実上、耐放電性
を要求されない。

第二被覆層の構成材として望ましい特性を持つた合成
樹脂として、Ｎ−メトキシメチル化ナイロン樹脂，ウレ
タン樹脂があげられる。特に好ましい合成樹脂として
は、Ｎ−メトキシメチル化ナイロンである。Ｎ−メトキ
シメチル化ナイロンは、６−ナイロンのアミド基をメト
キシメチル化することによつて得られるものであり、そ
のメトキシ化率を高くすることによりアルコールに対す
る溶解性が向上する。したがつて、それを用い、基層お
よび第一被覆層を膨潤して侵させることなく、第一被覆
層上に第二被覆層を、スプレー法，デイツピング法また
はロールコータ法により容易に形成することができる。
カーボンブラツクを第二被覆層中に分散させる場合に
は、水に分散した状態のカーボンブラツク（例えばライ
オンカーボンペーストW307C,ライオン社製）を使用すれ
ば、ボールミル等の分散機を用いることなく、混合撹拌
のみで分散安定性の良いコーテイング液が得られる。し
たがつて、これを用いることにより、第二被覆層の抵抗
バラツキが少なくなり、安定した上程状態のものとな
る。なお、第二被覆層の強度、特に高湿下の特性を改良
するために、上記Ｎ−メトキシメチル化ナイロン溶液
に、酸触媒（クエン酸等）を加えコーテイング後熱処理
してＮ−メトキシメチル化ナイロンを架橋化することも
有効である。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

〔実施例〕

（１）基層の組成例まず、基層形成材料として下記の第１表に示す配合の
ゴム組成物を作製した。ただし、以下、「部」とは「重
量部」を示す。

上記第１表の配合に示すゴム組成物を密閉型混合機
（バンバリーミキサー等）を用いて均一に混練下後、二
本ロールで加硫剤，加硫促進剤を練り混んだ。ついで、
これを外径8mmの金属製軸芯の外周面に、接着剤を介
し、基層を厚さ5mm（ロール外径18mm）に形成した。

ついで、基層のみのゴムロールの電気抵抗（ロール表
面１cm²当たりの体積固有抵抗），オイルの滲み出し状
態およびゴム硬度の測定を行い、その特性を上記第１表
に併せて示した。なお、上記電気抵抗の測定は、ロール
を25℃×60％RH中に24時間放置した後、ロール表面に銀
ペーストにて1cm角電極（ガード付）を書き、抵抗計で
測定することにより行つた。ゴム硬度はJISA型硬度計を
使用測定した。またオイル滲み出し状態の測定は、ゴム
ロールを40℃×72時間放置した後ロール表面を観察する
ことにより行つた。これらの結果を上記第１表に併せて
示した。

（２）第一被覆層の形成下記の第２表に示す配合のゴム組成物を二本ロールに
て混練した後、メチルエチルケトン単独またはメチルエ
チルケトン／トルエンのブレンド物に溶融し、500セン
チポイズに粘度調整した。ついでこれを、デイツピング
法で、第１表の配合〔１−３〕の基層ロールの基層の上
に、100μｍの厚みになる様にコーテイングして溶剤を
乾燥した後、オーブン中に入れ160℃×１時間の条件で
加硫した。得られたものの電気抵抗の測定は基層ロール
の場合と同様に行つた。その結果を下記の第２表に併せ
て示した。

（３）第二被覆層の形成第二被覆層の形成材料として下記の第３表に示す配合
の組成物を作製した。

なお、上記組成物の作製において、Ｎ−メトキシメチ
ル化ナイロンを用いる場合は、メタノールに溶解した
後、それにケツチエンブラツクの水分散液であるカーボ
ンペーストW307C（ライオン社製）を混合した。ウレタ
ンの場合には、アセトン/DMFの混合溶液にした後、これ
に、ケツチエンブラツクを混合しボールミルで分散し
た。そして、SVS（ステンレス）板上に20μｍ厚みにな
るようにスプレーにてコーテイングし、加熱乾燥した
後、表面に銀ペーストで1cm角の電極を書き、25℃×60
％RHに24時間放置後、抵抗計でその電気抵抗を測定し
た。また、皮膜の可撓性と強度，伸びを測定した。これ
らの結果を上記第３表に併せて示した。

つぎに、上記の基層，第一被覆層，第二被覆層の組成
例のなかから所定の配合を後記の第４表のように選択
し、現像ロールを製造した。この場合の現像ロールの製
造は、つぎのようにして行つた。すなわち、基層の厚さ
5mm,ロール外径18mmとなる様にプレス加硫（150℃×45
分）した後、その外周に第一被覆層をデイツピングに
て、100μｍの厚みにコーテイングし、溶剤を乾燥させ
た後、170℃×45分の条件でオーブン加硫した。ついで
ロール冷却した後、第二被覆層をスプレーにて20μｍ厚
みにコーテイングし、70℃×２時間加熱して溶剤を除去
し形成し目的とする現像ロール（第１図参照）を得た。
第１図において、10は芯金、11は基層、12は第一被覆
層、13は第二被覆層である。

〔比較例〕

ポリノルボーネン100部，ケツチエンブラツク20部，
ナフテン系オイル250部のゴム組成物を使用して、基層
のみの現像ロールを得た。

以上の実施例および比較例で得られた現像ロールの性
能を試験して第４表に併せて示した。

なお、上記の特性試験は次のようにして行つた。

（ｉ）トナー離型性第２図に示す現像装置に現像ロールを組み込み、これ
を周速100mm/secで回転させ、72時間後の現像ロール表
面のトナー付着状態を次の基準で評価した。第２図にお
いて15は静電潜像保持体、16は現像ロール、17はトナー
供給ロール、18はトナー現像部材である。現像ロール16
には電源（図示せず）から電圧が印加されている。

評価１…布等でロール表面のトナーが簡単に拭き取るこ
とができる。

２…拭き取りでわずかにトナーが残る。

３…拭き取りが完全にできずトナー層が残る。

（ii）ロール耐久性第３図に示す現像装置を用いて現像ロール周速100mm/
secで336時間回転させ、試験前後のロール外径をレーザ
ー外径測定機で測定しロール外径による摩耗量で耐久性
を評価した。

（iii）摩擦係数回転自在な金属ロールに、回転不能状態の現像ロール
を500gの力で押し付け、現像ロールと金属ロールの間に
挟んだポリエステルフイルムを引き出す力を測定し、摩
擦係数を算出した。

（iv）電気抵抗現像ロールを25℃×60％RH中に24時間放置し、ロール
表面に銀ペーストにて1cm角電極（ガード付）を書き、
抵抗計にて測定した。

（ｖ）耐電圧性平滑金属ロールに現像ロールを接触させ、回転下電圧
を100Vずつステツプアツプして測定した。

（vi）静電潜像保持体の汚染現像ロールを静電潜像保持体に500g押し付け、30℃×
85％RH下に72時間放置し、静電潜像保持体の表面の汚染
を目視にて確認した。

上記第４表から明らかなように、軸体外周上の特定の
基層11を設け、その外周上に特定の第一被覆層12を設
け、さらにその外周上に特定の第二被覆層13を設けたこ
の発明の現像ロールは、従来の現像ロールより性能が明
らかに優れていることがわかる。

〔発明の効果〕

この発明の現像ロールは、軸体の外周上に特定の基層
を設け、その外周上に特定の第一被覆層を設け、さらに
その外周上に特定の第二被覆層を設けているため、従来
の合成ゴム単層の現像ロールに比較して、トナー離型
性，ロール耐久性，摩擦係数，静電潜像保持体の汚染
性，耐電圧性などすべての面で優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の断面図、第２図はそれを
組み込んだ現像装置の構成図、第３図は従来例の断面
図、第４図（ａ）および（ｂ）は感光ドラムに対する接
触部の形状を説明する説明図である。 10……芯金、11……基層、12……第一被覆層 13……第二被覆層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−100482（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−98678（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−66673（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−98679（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−223771（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−173274（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−181569（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−66675（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−66676（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G03G 15/08 - 15/095

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】軸体の外周上に低硬度導電ゴム組成物より
なり、厚みが少なくとも3mmである基層を設け、その外
周上に導電性粒子，可塑剤，芳香族系オイルを含有しな
い高誘電率ゴムよりなり、厚みが30〜200μｍの範囲内
である第一被覆層を設け、さらにその外周上にトナー離
型性が良く，摩擦係数が低く，かつ可撓性を有する合成
樹脂よりなり、厚みが５〜100μｍの範囲内である第二
被覆層を設けたことを特徴とする現像ロール。
【請求項２】上記基層の硬度が、40Hs（JISA）以下であ
る請求項１記載の現像ロール。
【請求項３】上記高誘電率ゴムが、エピクロルヒドリン
−エチレンオキサイド共重合ゴムである請求項１または
２記載の現像ロール。
【請求項４】上記合成樹脂が、Ｎ−メトキシメチル化ナ
イロン樹脂またはウレタン樹脂である請求項１〜３のい
ずれか一項に記載の現像ロール。