JP3456116B2

JP3456116B2 - 被覆層を有する現像スリーブ及びその製造方法、画像形成方法

Info

Publication number: JP3456116B2
Application number: JP16220897A
Authority: JP
Inventors: 靖坂田; 雄一矢敷
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1997-06-19
Filing date: 1997-06-19
Publication date: 2003-10-14
Anticipated expiration: 2017-06-19
Also published as: JPH1115257A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、プリンタ
ー等の電子写真機器の現像装置に用いる現像スリーブ、
その製造方法、及び、前記現像スリーブを用いる画像形
成方法に関し、特に、現像ゴーストを防止でき、繰り返
し使用においても特性変化の少ない現像スリーブに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電子写真機器では、感光ドラムに形成さ
れた静電潜像をトナーで現像し、用紙に転写して画像を
得る。図１は、一成分磁性トナーを用いた現像装置の概
略断面図である。回転する円筒状の現像スリーブ１上に
トナーホッパ３からトナー５が供給され、帯電ブレード
４でトナー層を均一にすると共に摩擦によりトナー５を
帯電させ、感光体ドラム６表面に飛翔させて現像を行
う。現像スリーブ上でトナーが消費された部分１０は、
現像スリーブの回転により新たなトナーが供給され、そ
のトナーは帯電ブレードにより初めて摩擦帯電を受け
る。一方、現像スリーブ上の消費されなかった部分のト
ナー１１は重ねて摩擦帯電を受ける。このため、現像ス
リーブ上のトナーの帯電量は現像履歴に応じた分布を持
つようになり、現像能力に差が生じる。

【０００３】現像は、感光体ドラムの静電電位に応じた
量のトナーが飛翔して現像されるが、小粒径トナーや帯
電性能の高いトナーを用いると、現像スリーブ上のトナ
ーは現像履歴による現像能力差が生じやすく、前記電位
に応じたトナーの飛翔が行われなくなる。また、スリー
ブ円周の長さＬが転写用紙の長さより短いと、一枚の転
写用紙を現像するために現像スリーブが複数回転するこ
とになるが、上記のように現像能力に差があると、現像
ゴーストと呼ばれる現象が発生する。即ち、現像スリー
ブ１回転後のトナーの現像能力が高ければ、１回転目の
現像部分からＬの位置にポジゴーストが発生し、逆の場
合にはネガゴーストが発生する。

【０００４】このような現像ゴーストの発生を防止する
には、新たに供給されたトナーと消費されなかった部分
のトナーとの間に、帯電量の差をなくす必要がある。即
ち、現像スリーブ上のトナーは帯電ブレードで帯電され
る回数に依らず、一定の帯電量にすることが重要にな
る。

【０００５】現像ゴーストを防止するために、特開平１
−２７６１７４号公報、特開平１−２７７２６５号公
報、特開平２−１０５１８３号公報には、現像スリーブ
表面にカーボン等の導電性微粒子を含有させた被覆層を
形成し、表面の凹凸と導電性によって現像スリーブ上の
トナーの供給量と帯電性を適切に制御する技術が開示さ
れている。

【０００６】しかし、この現像スリーブでは、トナーの
帯電量が、転写工程においてトナーの飛散を抑えるため
に必要な帯電量より低くなり、転写トナーが飛散しやす
くなるという問題点があった。さらに、高温高湿環境か
ら低温低湿環境まで全ての条件で現像特性を一定に保つ
ことが困難であった。

【０００７】一方、特開平３−１１３８０号公報には、
二硫化モリブデン微粒子を配合した被覆層を有する現像
スリーブが提案されている。この被覆層は微粉トナーの
付着を防止し、メモリ（現像履歴に応じた現像能力の
差）の発生が抑制されると報告されている。しかし、二
硫化モリブデンは負帯電性トナーに対する摩擦帯電極性
は被覆層の結着樹脂の摩擦帯電極性とは逆になるので、
この結着樹脂はトナーを強く負極性に摩擦帯電させるも
のでなくてはならない。

【０００８】このように、微粒子と結着樹脂が、トナー
に対する摩擦帯電極性が逆となる組み合わせの被覆層の
場合、被覆層表面の微粒子と結着樹脂の露出面積によっ
てトナーの帯電量が決まる。そして、現像スリーブの繰
り返し使用中に、被覆層が磨耗して各露出面積が変化す
ると、トナーの帯電量も変化し、強いては現像濃度が変
化したり、メモリや現像ゴーストが発生することにな
る。

【０００９】特に、微粒子をその一次粒径まで細かく分
散させると、被覆層の塗膜形成後は微粒子が被覆層中に
埋没して、現像スリーブ表面における微粒子の露出比率
が小さくなるため、現像スリーブ初期状態ではトナーの
帯電量が一時的に高くなる。しかし、使用に伴い被覆層
が磨耗されて、当初被覆層の内側部分が表面に現れ始め
ると、初期の被覆層表面に比べて微粒子の露出比率が増
加し、トナーの帯電量が低下する。

【００１０】このように、被覆層の磨耗による微粒子の
露出面積の変化を緩和するために、微粒子の粒径を大き
くし、被覆層表面近傍の微粒子が埋没して微粒子の露出
面積の減少を防止する方法も提案されている。しかし、
微粒子の粒径が大きくなると、結着樹脂中に分散させる
ことができず、被覆層を形成することが困難となる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、上
記の問題点を解消し、転写トナーの飛散悪化を防止し、
かつ、現像ゴーストを防止し、繰り返し使用においても
トナーに対する帯電特性が安定に維持され、所望の画像
濃度を提供することのできる現像スリーブ及びその製造
方法、並びに、前記現像スリーブを用いる画像形成方法
を提供しようとするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、現像スリー
ブの被覆層中の無機微粒子の分散状態を種々検討する中
で、下記の構成を採用することにより、上記の課題の解
消に成功した。

【００１３】(1) 無機微粒子を結着樹脂中に分散してな
る被覆層を有する現像スリーブにおいて、トナーに対す
る前記無機微粒子の摩擦帯電極性が前記結着樹脂の摩擦
帯電極性と逆極であり、かつ、前記無機微粒子が前記被
覆層中に凝集体粒子として分散されてなることを特徴と
する現像スリーブ。

【００１４】(2) 前記無機微粒子が半導電体であること
を特徴とする前記(1) 記載の現像スリーブ。

【００１５】(3) 前記無機微粒子がＭｏＳ₂であること
を特徴とする前記(2) 記載の現像スリーブ。

【００１６】(4) 前記無機微粒子の平均長径が０．５〜
１０μｍの範囲にあり、平均短径が０．１〜５μｍの範
囲にある片状微粒子であることを特徴とする前記(1) 〜
(3)のいずれか１つに記載の現像スリーブ。

【００１７】(5) 前記被覆層の厚さは０．５〜３０μｍ
の範囲にあり、前記無機微粒子の平均粒径が０．０１〜
１０μｍの範囲にあり、前記凝集体粒子は前記無機微粒
子の平均粒径の２〜２５倍の範囲にあることを特徴とす
る前記(1) 〜(4) のいずれか１つに記載の現像スリー
ブ。

【００１８】（６）トナーに対する摩擦帯電極性が、結
着樹脂の摩擦帯電極性と逆極である無機微粒子を、結着
樹脂中に分散してなる被覆層を有する現像スリーブを製
造する方法において、結着樹脂を溶解しうる第１の溶媒
に結着樹脂を溶解し、かつ無機微粒子を分散した後、前
記結着樹脂を溶解しないが第１の溶媒と相溶し、無機微
粒子を凝集させる第２の溶媒を加えて、前記無機微粒子
が凝集した凝集体粒子を含む塗布溶液を調整し、前記塗
布溶液を現像スリーブ基体上に塗布することを特徴とす
る現像スリーブの製造方法。

【００１９】（７）結着樹脂がアクリル系樹脂であり、
無機微粒子を凝集させる第２の溶媒が、メタノール、エ
タノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノー
ルから選ばれたものである前記（６）に記載の現像スリ
ーブの製造方法。（８）前記無機微粒子は、片状微粒子であることを特徴
とする前記（６）または（７）に記載の現像スリーブの
製造方法。（９）静電潜像担持体上に静電潜像を形成する工程と、
現像スリーブ上の現像剤を用いて前記潜像を現像する工
程と、現像されたトナー像を転写体上に転写する工程
と、を有する画像形成方法において、前記現像スリーブ
として、前記（６）〜（８）のいずれか１つの製造方法
にて製造された現像スリーブを用いることを特徴とする
画像形成方法。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明において被覆層を形成する
現像スリーブ素管としては、アルミニウムやステンレス
が用いられる。素管上には、トナーに対する摩擦帯電極
性が結着樹脂とは逆極の無機微粒子を含有させた被覆層
を形成する。これにより現像ゴーストを防止できる理由
は、図２においてトナー５と被覆層８との摩擦帯電量が
摩擦回数の増加と共に上昇するべきところを、被覆層中
に逆極帯電性の無機微粒子７が存在することにより、ト
ナー中に正電荷（図中の＋）も部分的に存在するように
なり、摩擦帯電量の上昇が相殺され、一定レベルに抑え
られるためである。

【００２１】上記の無機微粒子としては、二硫化モリブ
デン（ＭｏＳ₂）、二硫化タングステン、窒化ほう素、
炭化珪素、グラファイト等を使用できる。レーザープリ
ンターには負帯電性トナーが用いられるが、この場合の
逆極帯電性無機微粒子として、ＭｏＳ₂が最適である。
ＭｏＳ₂は粉体での比抵抗が１０⁵〜１０⁷Ωｃｍの半
導電性であり、これを分散した被覆層は半導電性とな
る。被覆層の抵抗値は、無機微粒子と結着樹脂の配合比
の選択により適宜に調整することができる。この半導電
性により、トナーが飛翔したことによって現像スリーブ
側に生じる逆極電荷が被覆層に蓄積されないという利点
がある。また、ＭｏＳ₂は固体潤滑性も有しており、被
覆層の磨耗を防止する効果もある。固体潤滑性を有する
その他の無機微粒子としては、窒化ホウ素、グラファイ
ト等を挙げることができる。

【００２２】本発明の無機微粒子は、平均長径が０．５
〜１０μｍ、平均短径が０．１〜５μｍの範囲が好まし
く、特に平均長径が１．０〜３．０μｍ、平均短径が
０．３〜１μｍの範囲にある片状微粒子が適している。
粒径が小さすぎると、被覆層中に埋没してしまい、スリ
ーブ表面の無機微粒子の露出割合が低下するとともに、
凝集体が形成しにくくなる。また、粒径が大きくなりす
ぎると、結着樹脂中の分散が不十分となりやすく、均一
な被覆層を形成することが困難となりやすい。

【００２３】このように、無機微粒子と結着樹脂とでは
トナーに対する摩擦帯電極性が逆の組み合わせの被覆層
の場合、被覆層表面のそれぞれの露出面積によってトナ
ーの帯電量が決まるのであるが、現像スリーブの繰り返
し使用中に被覆層が磨耗して結着樹脂中の無機微粒子の
露出面積比が変化するとトナーの帯電量が変化し、しい
ては現像濃度が変化したり、メモリや現像ゴーストが発
生することがある。特に、塗布被覆層の最表面は無機微
粒子の露出面積比率が小さいので、新品スリーブの初期
の特性変動は大きい場合もある。

【００２４】一方、無機微粒子の粒子径を増加させ、被
覆層表面での無機微粒子の埋没による無機微粒子露出面
積の減少を防止する方法もあるが、この方法では無機微
粒子を結着剤中に分散しにくくなり、分散被膜を形成す
ることが困難となる。

【００２５】本発明は、無機微粒子を結着樹脂中に凝集
体粒子として分散させることにより上記問題点を解決で
きることを見いだした。すなわち、無機微粒子を凝集さ
せて見かけ上の粒子径を増加させ、被覆層表面での無機
微粒子の埋没による無機微粒子露出面積の減少を防止で
きる。このようにして作製された現像スリーブは、使用
により被覆層が磨耗しても無機微粒子の露出面積の変化
がほとんどないのである。また、本発明では、被覆層中
の無機微粒子の割合を増加させた訳ではないので被覆層
の機械的強度の低下や、帯電量の低下を招くこともな
い。

【００２６】本発明の無機微粒子の凝集体粒子は、柔ら
かい凝集体で内部に結着樹脂が混入していてもよい。本
発明で用いる無機微粒子の平均粒径は、０．０１〜１０
μｍ、好ましくは０．５〜３μｍの範囲が適当であり、
前記凝集体粒子は前記無機微粒子の平均粒径の２〜２５
倍、好ましくは４〜２０倍の範囲が適当である。凝集体
が大きくなりすぎると、分散が不均一となりやすく、均
一な被覆層が形成されにくくなり、また、凝集体が小さ
くなりすぎると、凝集の効果（表面での微粒子の埋没抑
制効果）が得られにくくなる。なお、前記無機微粒子及
びその凝集体粒子の平均粒径はＴＥＭ写真から求めた。

【００２７】本発明で使用する結着樹脂は、トナーを正
常の負極性に摩擦帯電させる樹脂でなくてはならない
が、その例としては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭ
ＭＡ）、ポリエチルメタクリレート及びその共重合体等
のアクリル系樹脂、ポリアクリルアミド、ポリアミド等
の熱可塑性樹脂、及び、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、
ウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。

【００２８】前記結着樹脂に適した樹脂の重量平均分子
量Ｍｗは、１万〜２０万、好ましくは４万〜１５万の範
囲が適している。Ｍｗが小さすぎると、被覆層の磨耗が
大きくなり、現像スリーブの寿命が短くなる。逆にＭｗ
が大きすぎると、溶液粘度が極めて高くなるため塗布が
困難になる。

【００２９】無機微粒子の含有量及び結着樹脂の種類と
その配合量を適当に選択することにより、被覆層全体の
トナー帯電量を現像のための適切な量にすることが可能
になる。無機微粒子と結着樹脂の重量混合比（ＰＢ比）
は、トナーと結着樹脂及び無機微粒子との帯電性に依存
するので一概には規定できないが、被覆層の強度、製造
安定性の観点から１：５〜２：１、好ましくは１：２〜
１：１の範囲が適当である。

【００３０】無機微粒子を結着樹脂中で凝集させる方法
として、結着樹脂を溶解している第一の溶媒に微量の第
二の溶媒を添加することが有効である。この第二の溶媒
は、結着樹脂を溶解している第一の溶媒には可溶である
が、結着樹脂をほとんど溶解しない溶媒が望ましい。

【００３１】被覆層の厚さは、無機微粒子の配合量にも
よるが、０．５〜３０μｍの範囲、好ましくは２〜２０
μｍの範囲が適している。現像スリーブ上に被覆層を形
成するには、まず結着樹脂の溶液に無機微粒子を任意の
方法で分散し、次いでスリーブ上にリング塗布法、浸漬
塗布法などの方法で塗布する。この際に微量の第二の溶
媒を添加することにより、無機微粒子を結着樹脂中に凝
集させ、分散させることができる。

【００３２】

【実施例】

〔実施例〕直径１８ｍｍφ×長さ３２２ｍｍＬ×厚み
０．３ｍｍｔのアルミニウム素管を用意した。一方、Ｐ
ＭＭＡ（三菱レーヨン社製、ＢＲ−８０、Ｍｗ約８万）
２０部を２−ブタノン８０部に溶解した。溶解後、平均
長径約０．４μｍ、平均短径０．１μｍの片状ＭｏＳ₂
微粒子２０部を加え、超音波分散器で１００Ｗ、３０分
間分散して塗布液を調製した。この塗布液にメタノール
を０．１部をスポイトで加え凝集を進行させた。凝集体
の平均粒径は約４μｍであった。この塗布液をリング塗
布法で１０μｍの膜厚でアルミニウム素管表面に塗布
し、被覆層を形成した。塗布終了後は、自然乾燥した
後、温風循環式オーブンを用い、１１５℃、９０分間の
乾燥を行った。

【００３３】評価のため、画像形成に使用した現像条件
は以下の通りである。・プロセススピード＝１７３ｍｍ／秒・現像スリーブとドラムの周速比＝１．２２・現像バイアス：ＶＤＣ＝−３００Ｖで、ＶＡＣ＝１．
８ｋＶｐｐ（２．１ｋＨｚの矩形波）を重畳させた電圧・ドラムの電位：ＶＨ＝−４２０Ｖ、ＶＬ＝−１２０Ｖ・ＤＲＳ（ドラムと現像スリーブの間隔）：１６０μｍ評価試験は、現像ゴーストの発生しやすい低温、低湿度
環境下（１０℃１５％ＲＨ）で実施した。プリント画像
を取り出して画質の評価を行い、それぞれの結果を表１
に示した。

【００３４】なお、画質判定基準は下記のとおりであ
る。（画像濃度） ○：ベタ黒濃度が１．４以上、 ×：ベタ黒濃度が１．４未満。（画像ゴースト） ○：なし、 △：薄くあり、 ×：あり。（転写トナーの飛散） ○：アルミ素管より良い、 ×：アルミ素管より悪い。

【００３５】

【表１】

【００３６】（結果）比較例（従来法）では、画像ゴー
ストのレベルが初期には×、２００枚プリント後でも△
となった。これは、無機微粒子を結着樹脂中に分散させ
た塗布液を塗布して被覆層を形成したときに、無機微粒
子が被覆層中に埋没し、被覆層最表面の露出比率が被覆
層内部とは異なり、その結果、トナー帯電量が変化した
ことを示している。

【００３７】これに対し、実施例ではゴーストは初期、
２００プリント後共に観察されていない。これは、無機
微粒子が被覆層中に埋没せず、被覆層最表面の露出比率
が被覆層内部と同一であり、トナー帯電量の変化がない
ことを示している。

【００３８】実施例において凝集を進行させるための第
２の溶媒としては、メタノールの他にエタノール、プロ
パノール、イソプロパノール、ブタノール等を使用でき
る。ＰＭＭＡを溶解する溶媒としては、ＭＥＫの他にメ
チルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、ジオキサン
等がある。

【００３９】

【発明の効果】本発明は、上記の構成を採用することに
より、満足できる画像濃度が得られると同時に、現像ゴ
ーストが防止でき、無機微粒子としてＭｏＳ₂を用いれ
るときには、その潤滑性により被覆層の磨耗を抑制で
き、また、被覆層がトナーの非付着性になるので、微小
トナーが凹凸部に埋まることもなく、現像ゴースト防止
効果が長期にわたって維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】現像装置の概略断面図である。

【図２】従来法による塗布後の現像スリーブの被覆層の
模式的断面図である。

【図３】本発明による塗布後の現像スリーブの被覆層の
模式的断面図である。

【符号の説明】

１現像スリーブ、２マグネット、３トナーホ
ッパ、４帯電ブレード、５トナー、６ドラ
ム、７無機微粒子、８被覆層、９凝集体粒
子、１０スリーブ上でトナーが消費された部分、
１１スリーブ上で現像されなかったトナー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平９−325616（ＪＰ，Ａ) 特開平８−185042（ＪＰ，Ａ) 特開平８−305169（ＪＰ，Ａ) 特開平９−230690（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/08 501

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】トナーに対する摩擦帯電極性が、結着樹
脂の摩擦帯電極性と逆極である無機微粒子を、結着樹脂
中に分散してなる被覆層を有する現像スリーブを製造す
る方法において、結着樹脂を溶解しうる第１の溶媒に結着樹脂を溶解し、
かつ無機微粒子を分散した後、前記結着樹脂を溶解しな
いが第１の溶媒と相溶し、無機微粒子を凝集させる第２
の溶媒を加えて、前記無機微粒子が凝集した凝集体粒子
を含む塗布溶液を調整し、前記塗布溶液を現像スリーブ
基体上に塗布することを特徴とする現像スリーブの製造
方法。
【請求項２】結着樹脂がアクリル系樹脂であり、無機
微粒子を凝集させる第２の溶媒が、メタノール、エタノ
ール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノールか
ら選ばれたものである請求項１に記載の現像スリーブの
製造方法。
【請求項３】前記無機微粒子は、片状微粒子であるこ
とを特徴とする請求項１または２に記載の現像スリーブ
の製造方法。
【請求項４】静電潜像担持体上に静電潜像を形成する工
程と、現像スリーブ上の現像剤を用いて前記潜像を現像する工
程と、現像されたトナー像を転写体上に転写する工程と、を有する画像形成方法において、前記現像スリーブとして、請求項１乃至３のいずれか１
項に記載の製造方法にて製造された現像スリーブを用い
ることを特徴とする画像形成方法。