JP4017016B2 - 現像ロールの表面電位測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、複写機，プリンター，ファクシミリ等の電子写真装置に用いられる現像ロールにおける導電性（抵抗値）のばらつきを検査する際の、現像ロールの表面電位測定方法に関するものである。

一般に、電子写真装置に用いられる現像ロールは、導電性軸体の外周面に導電性弾性層が形成されており、この弾性層は、例えば、上記軸体の外周面に形成されたベース層と、このベース層の外周面に形成された中間層と、この中間層の外周面に形成された表層とからなっている。そして、上記導電性弾性層の導電性は、各層の形成材料として導電性を有するものを用いたり、各層の形成材料に導電剤を添加したりすることにより付与されている。

しかしながら、上記現像ロールの導電性（抵抗値）は、個々の現像ロールにおいて、部分的にばらついている。このようなばらつきは、上記導電剤としてカーボンブラックや金属酸化物等の電子導電剤を用いた場合が顕著であり、なかでも、上記弾性層の形成材料として液状のものを用いた場合が特に顕著である。そして、上記ばらつきは、実機で画出しを行った際に、画像に濃度むらができる原因となる。

そこで、画像の濃度むらを防止するためには、上記ばらつきを小さくする必要があるが、そのばらつきを把握するためには、検出電極を小さくして、多数の点で導電性（抵抗値）を検査する必要がある。しかしながら、このように多数の点で検査しても、上記ばらつきを充分に把握できず、実機で画出しを行った際に、画像に濃度むらができることがある。しかも、上記検査は、多数の点で行なわれるため、多くの工数を必要とする。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、現像ロールの導電性（抵抗値）のばらつきの検査を簡単かつ短時間で行なうことができる、現像ロールの表面電位測定方法の提供をその目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の現像ロールの表面電位測定方法は、軸体と、この軸体の外周面に沿って形成された導電性弾性層とを備えた現像ロールの上記導電性弾性層の表面電位を測定する現像ロールの表面電位測定方法であって、コロトロンを用い下記（ａ）かつ（ｂ）の条件で上記導電性弾性層の表面を軸方向に沿う直線状に帯電させながら上記現像ロールを所定の回転速度〔１分間にＡ回転（Ａｒｐｍ）〕で周方向に回転させた状態で、上記帯電位置から回転方向に９０度回転した位置において下記（ｃ）の条件でプローブを軸方向に沿って導電性弾性層の画像領域内を所定の速度〔１分間にＢミリメートル（Ｂｍｍ／ｍｉｎ）〕で移動させながら導電性弾性層の表面電位を測定する場合において、Ｂ／Ａの値を２〜６の範囲に設定した際に、上記表面電位を、１Ｈｚ未満の周波数成分と、１Ｈｚ以上１０Ｈｚ未満の周波数成分とに分け、そのうち上記１Ｈｚ未満の周波数成分の最大値を現像ロールの軸方向の特性として得、上記１Ｈｚ以上１０Ｈｚ未満の周波数成分の最大値と最小値との差を現像ロールの周方向の特性として得るという構成をとる。
（ａ）コロトロンの芯部と導電性弾性層の表面との距離が１２ｍｍ。
（ｂ）コロトロンの芯部に流す電流が−１００μＡ。
（ｃ）プローブと導電性弾性層の表面との距離が３ｍｍ。

本発明者らは、現像ロールの導電性（抵抗値）のばらつきの検査を簡単かつ短時間で行なうことができるようにすべく、その検査方法について、鋭意研究を重ねた。その研究の過程で、導電性弾性層の表面を軸方向に沿う直線状に帯電させながら現像ロールを周方向に回転させた状態で、上記帯電位置とは異なる位置においてプローブを軸方向に沿って導電性弾性層の画像領域内を移動させながら導電性弾性層の表面電位を測定すれば、個々の現像ロールにおける導電性（抵抗値）のばらつきを把握できることを見いだした。そして、さらに鋭意研究を重ねた結果、上記帯電を、コロトロンを用い上記（ａ）かつ（ｂ）の条件で行い、現像ロールの回転速度を１分間にＡ回転（Ａｒｐｍ）とし、表面電位の測定位置を帯電位置から回転方向に９０度回転した位置とし、上記（ｃ）の条件でプローブの移動速度を１分間にＢミリメートル（Ｂｍｍ／ｍｉｎ）とした場合において、Ｂ／Ａの値を２〜６の範囲に設定した際に、上記表面電位の１Ｈｚ未満の周波数成分の最大値が現像ロールの軸方向の特性として得られ、上記１Ｈｚ以上１０Ｈｚ未満の周波数成分の最大値と最小値との差が現像ロールの周方向の特性として得られることを見いだし、本発明に到達した。

以上のように、本発明の現像ロールの表面電位測定方法によれば、表面電位の測定が、現像ロールを回転させながらプローブを導電性弾性層の略全長だけ移動させることにより行なわれるため、現像ロールの導電性（抵抗値）のばらつきについて、簡単かつ短時間で検査することができる。

つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。

図１は、本発明の現像ロールの表面電位測定方法の一実施の形態を示している。この実施の形態では、測定対象となる現像ロールは、軸体１と、この軸体１の外周面に形成された導電性弾性層２とからなっている。また、この導電性弾性層２は、軸体１の外周面に形成されたベース層と、このベース層の外周面に形成された中間層と、この中間層の外周面に形成された表層とからなっている。

そして、上記現像ロールの表面電位測定方法は、つぎのようにして行われる。すなわち、上記導電性弾性層２の表面を軸方向に沿う直線状にコロトロン（帯電器）３により帯電させながら上記現像ロールを所定の回転速度で周方向に回転させた状態で、上記帯電位置から回転方向に９０度回転した位置においてプローブ（電位検出器）４を軸方向に沿って導電性弾性層２の画像領域内を所定の速度で移動させながら導電性弾性層２の表面電位を測定する。このとき、上記帯電は、コロトロン３の芯部３ａと導電性弾性層２の表面との距離を１２ｍｍに設定するとともに、コロトロン３の芯部３ａに流す電流を−１００μＡに設定した状態で行われ、上記プローブ４の移動（表面電位を測定）は、プローブ４と導電性弾性層２の表面との距離を３ｍｍに設定した状態で行われる。ここで、上記画像領域とは、トナー層が形成される領域であり、通常、導電性弾性層２の両端縁から内側に３〜５ｍｍまでの部分を除く中間部分のことである。これにより、導電性弾性層２の表面を螺旋状に測定することになる。このプローブ４による測定データは、表面電位計５に入力され、図２に示すような波形となって出力される。そして、その表面電位計５のアナログ電圧出力をフィルタ回路６に入力し、表面電位計５における波形を、１Ｈｚ未満の周波数成分と１Ｈｚ以上１０Ｈｚ未満の周波数成分とに分ける。なお、上記表面電位測定方法において、上記コロトロン３の芯部３ａは、定電流制御装置７を介して直流電源８のマイナス側に接続されており、この直流電源８のプラス側は、アースされている。また、上記コロトロン３のシールド部３ｂは、現像ロールの軸体１とともに、アースされている。

その結果、１Ｈｚ未満の周波数成分の波形は、図３に示すような波形となって出力され、１Ｈｚ以上１０Ｈｚ未満の周波数成分の波形は、図４に示すような波形となって出力される。そして、上記表面電位測定方法において、現像ロールの回転速度を１分間にＡ回転（Ａｒｐｍ）とし、プローブ４の移動速度を１分間にＢミリメートル（Ｂｍｍ／ｍｉｎ）とした場合において、Ｂ／Ａの値を２〜６の範囲に設定した際には、上記１Ｈｚ未満の周波数成分の波形（図３参照）は、主に、上記現像ロールの軸方向の特性を示しており、１Ｈｚ以上１０Ｈｚ未満の周波数成分の波形（図４参照）は、主に、上記現像ロールの周方向の特性を示している。このような表面電位の調整は、上記ベース層，中間層，表層の各層の形成材料として導電性を有するものを用いてその形成材料の種類や量を調整したり、各層の形成材料に添加される導電剤の量を調整したりすることにより行なわれる。

このような現像ロールの表面電位測定方法は、現像ロールを回転させながらプローブ４を導電性弾性層２の略全長だけ移動させることにより行なわれるため、簡単かつ短時間で上記現像ロールを検査することができる。そして、１Ｈｚ未満の周波数成分の波形（図３参照）の最大値が５５Ｖ以下、１Ｈｚ以上１０Ｈｚ未満の周波数成分の波形（図４参照）の振幅の最大値が１２Ｖ以下となっている現像ロールを実機に組み込んで画出しを行うと、画像の濃度むらが防止される。

ここで、上記現像ロールの形成材料等について説明する。

上記軸体１は、特に限定されるものではなく、例えば、金属製の中実体や中空体等が用いられる。そして、その材料としては、ステンレス、アルミニウム、鉄にめっきを施したもの等があげられる。また、上記軸体１の表面には、必要に応じて、接着剤やプライマー等を塗布してもよい。さらに、上記接着剤やプライマー等は、必要に応じて、導電化してもよい。

上記ベース層の形成材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、シリコーンゴム，エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ），スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ），ブタジエンゴム（ＢＲ），イソプレンゴム（ＩＲ），アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ），ポリウレタン系エラストマー等があげられる。なかでも、低硬度でへたりが少ないという点から、シリコーンゴムが特に好ましい。また、上記ベース層は、１層でも形成材料が異なる２層以上でもよい。

上記ベース層の形成材料には、導電剤を適宜に添加してもよい。この導電剤としては、例えば、カーボンブラック，グラファイト，チタン酸カリウム，酸化鉄，ｃ−ＴｉＯ₂ ，ｃ−ＺｎＯ，ｃ−ＳｎＯ₂ ，イオン導電剤（四級アンモニウム塩、ホウ酸塩、界面活性剤等）等があげられる。なお、上記「ｃ−」は、導電性を有するという意味である。このベース層の形成材料には、ゴム弾性を付与する目的で、架橋剤，加硫剤等を添加してもよい。それ以外にも、ゴムの配合剤として一般に知られている発泡剤，可塑剤，軟化剤，粘着付与剤，離型剤等を適宜に選択して使用することができる。

上記中間層の形成材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ニトリルゴム）（ＮＢＲ），水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴム（水素化ニトリルゴム）（以下「Ｈ−ＮＢＲ」と略す），ポリウレタン系エラストマー，クロロプレンゴム（ＣＲ），天然ゴム，ブタジエンゴム（ＢＲ），ブチルゴム（ＩＩＲ）等があげられる。なかでも、接着性およびコーティング液の安定性の点から、Ｈ−ＮＢＲが特に好ましい。また、上記中間層は、１層でも形成材料が異なる２層以上でもよい。

上記中間層の形成材料には、導電剤，硫黄等の加硫剤，グアニジン，チアゾール，スルフェンアミド，ジチオカルバミン酸塩，チウラム等の加硫促進剤，ステアリン酸，亜鉛華（ＺｎＯ），軟化剤等を適宜に添加してもよい。なお、導電剤としては、前記と同様のものが用いられる。

上記表層の形成材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、シリコーン変性アクリル樹脂，アクリル樹脂，シリコーン樹脂，フッ素樹脂，ウレタン樹脂，フェノール樹脂，ポリアミド樹脂，エポキシ樹脂等があげられる。なかでも、耐摩耗性の点では、ウレタン樹脂が好ましく、トナーフィルミング防止性の点では、シリコーン変性アクリル樹脂が好ましい。上記表層は、１層でも形成材料が異なる２層以上でもよい。

上記表層の形成材料には、導電剤，安定剤，紫外線吸収剤，帯電防止剤，補強剤，帯電制御剤，滑剤，離型剤，染料，顔料，難燃剤，オイル等を必要に応じて適宜に添加してもよい。

つぎに、上記現像ロールの製法について説明する。

まず、上記ベース層を形成する各成分をニーダー等の混練機を用いて混練することにより、ベース層の形成材料（コンパウンド）を調製する。また、上記中間層を形成する各成分を有機溶剤に溶解させ、中間層の形成材料（コーティング液）を作製する。また、上記表層を形成する各成分を有機溶剤に溶解させ、表層の形成材料（樹脂液）を作製する。上記有機溶剤としては、例えばテトラヒドロフラン，酢酸エチル，メチルエチルケトン，メタノール，トルエン，イソプロピルアルコール，メチルセロソルブ，ジメチルホルムアミド等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。

一方、ベース層を形成する円筒状金型と軸体１とを準備し、その円筒状金型の内周面にワックス系等の離型剤を塗布し、上記軸体１の外周面に必要に応じて接着剤やプライマー等を塗布する。

つぎに、上記円筒状金型に下蓋を外嵌し、上記軸体１を同軸に設置する。そして、その軸体１と円筒状金型との間の空隙に、ベース層の形成材料（コンパウンド）を充填した後、上記円筒状金型に上蓋を外嵌する。つぎに、その下蓋および上蓋を外嵌した円筒状金型全体をオーブンに入れ、加熱してベース層の形成材料（コンパウンド）を加硫し、軸体１の外周部にベース層を形成する。その後、脱型し、必要に応じて加熱して反応を完結させる。つぎに、上記ベース層の外周に中間層の形成材料（コーティング液）をロールコート法等により塗布し、もしくは上記ベース層形成済みのロールを上記形成材料（コーティング液）中に浸漬して引き上げた後、乾燥や加熱処理等を行い、中間層を形成する。そして、上記中間層の外周に表層の形成材料（樹脂液）をロールコート法等により塗布し、もしくは上記中間層形成済みのロールを上記形成材料（樹脂液）中に浸漬して引き上げた後、乾燥や加熱処理等を行い、表層を形成する。このようにして、上記現像ロールを作製することができる。

なお、上記実施の形態では、中間層を形成したが、形成しなくてもよく、ベース層の表面に表層を形成してもよい。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。但し、本発明は、実施例に限定されるわけではない。

〔実施例１〜３および比較例１，２〕
〔軸体〕
軸体１としては、直径８ｍｍの鉄製の中実円柱状のものを準備した。

〔ベース層の形成材料（コンパウンド）の調製〕
導電性シリコーン４０°（タイプＡ硬度）Ｘ３４−３８７（Ａ液／Ｂ液＝１／１）（信越化学社製）と導電性シリコーン４０°（タイプＡ硬度）Ｘ３４−４２４（Ａ液／Ｂ液＝１／１）（信越化学社製）とをニーダーを用いて混練することにより、ベース層の形成材料（コンパウンド）を調製した。混練した各導電性シリコーンの割合を重量部（以下「部」と略す）で下記の表１に表記した。

〔中間層の形成材料（コーティング液）の調製〕
ＪＳＲ Ｎ２２０（ＪＳＲ社製）１００部に対して、導電剤としてデンカブラックＨＳ−１００（電気化学工業社製）を下記の表１に表記した割合で添加し、架橋剤として酸化亜鉛（三井金属工業社製）を５部，サンセラーＣＺ（三新化学社製）を１．５部，ノクセラーＴＴ（大内新興化学社製）を１．５部，硫黄（軽井沢精練所社製）を１．５部添加した。そして、これら各成分を有機溶剤に溶解させることにより、中間層の形成材料（コーティング液）を作製した。なお、実施例３については、中間層を形成しなかった。

〔表層の形成材料（樹脂液）の調製〕
実施例１および比較例２については、ニッポラン３１０９（ＰＨＡ）（日本ポリウレタン社製）１００部に対して、導電剤としてアセチレンブラック（電気化学工業社製）を１０部添加し、架橋剤としてコロネートＨＸ（日本ポリウレタン社製）を１０部添加した。そして、これら各成分を有機溶剤に溶解させることにより、表層の形成材料（樹脂液）を作製した。また、実施例２，３および比較例１については、上記中間層と同様にして、表層の形成材料（樹脂液）を作製した。

〔現像ロールの作製〕
まず、円筒状金型に上記軸体１を同軸に設置し、その軸体１と円筒状金型との間の空隙に、ベース層の形成材料（コンパウンド）を充填した。ついで、オーブンで加熱加硫（１９０℃×２０分間）した後、脱型し、さらに二次加硫（２００℃×４時間）した。つぎに、上記ベース層の外周に中間層の形成材料（コーティング液）をロールコート法により塗布した後、乾燥や加熱処理等を行い、中間層を形成した。そして、上記中間層の外周に表層の形成材料（樹脂液）をロールコート法により塗布した後、乾燥や加熱処理等を行い、表層を形成した。このようにして、実施例１〜３および比較例１，２の各現像ロールを作製した。作製された各現像ロールの導電性弾性層２の外径は１６ｍｍ、軸方向の全長は２４０ｍｍであった。

〔表面電位の測定〕
このようにして作製された各現像ロールについて、図１に示す表面電位測定方法により、表面電位を測定した。この測定において、現像ロールの回転速度を１分間に６０回転に設定し、コロトロン３の芯部３ａと現像ロール表面との距離を１２ｍｍに設定し、プローブ４と現像ロール表面との距離を３ｍｍに設定し、プローブ４の移動速度を２４０ｍｍ／ｍｉｎに設定し、定電流制御装置７の定電流を−１００μＡに設定した。また、表面電位の測定範囲は、導電性弾性層２の両端縁から内側に５ｍｍまでの部分を除く中間部分（画像領域：軸方向の長さが２３０ｍｍの範囲）とした。また、表面電位計５は、Ｔｒｅｋ社製のＭｏｄｅｌ５４１を用い、フィルタ回路６は、ＮＦ回路設計ブロック社製のプログラマブルフィルタＤＴ−２１２ＤＣ１を用いた。そして、測定した表面電位の１Ｈｚ未満の周波数成分の波形の最大値（特性Ｘ）および１Ｈｚ以上１０Ｈｚ未満の周波数成分の波形の振幅の最大値（特性Ｙ）を、下記の表１に併せて表記した。

〔黒すじ〕
上記各現像ロールを実機に組み込んで画出しを行い、画像について、目視により、黒すじの有無を判定した。その結果、画像に黒すじがないものを○、黒すじがあるものを×として、下記の表１に併せて表記した。

〔ピッチすじむら〕
上記各現像ロールを実機に組み込んで画出しを行い、画像について、目視により、ピッチすじむらの有無を判定した。その結果、画像にピッチすじむらがないものを○、ピッチすじむらがあるものを×として、下記の表１に併せて表記した。

上記表１の結果から、実施例１〜３の各現像ロールでは、画像に黒すじもピッチすじむらもなかった。これは、測定した表面電位の１Ｈｚ未満の周波数成分の波形の最大値（特性Ｘ）が５５Ｖ以下になっているとともに、１Ｈｚ以上１０Ｈｚ未満の周波数成分の波形の振幅の最大値（特性Ｙ）が１２Ｖ以下になっているからである。これに対し、比較例１，２の各現像ロールでは、画像に黒すじがあった。これは、測定した表面電位の１Ｈｚ未満の周波数成分の波形の最大値（特性Ｘ）が６０Ｖ以上になっているからである。さらに、比較例２の現像ロールでは、画像にピッチすじむらがあった。これは、測定した表面電位の１Ｈｚ以上１０Ｈｚ未満の周波数成分の波形の振幅の最大値（特性Ｙ）が２０Ｖ以上になっているからである。

本発明の現像ロールの一実施の形態を特定するための表面電位測定方法を示す説明図である。 上記表面電位測定方法において、表面電位計が出力する波形を示すグラフ図である。 上記表面電位測定方法において、フィルタ回路が出力する１Ｈｚ未満の周波数成分の波形を示すグラフ図である。 上記表面電位測定方法において、フィルタ回路が出力する１Ｈｚ以上１０Ｈｚ未満の周波数成分の波形を示すグラフ図である。

符号の説明

２ 導電性弾性層
３ コロトロン
４ プローブ

Claims (1)

1. 軸体と、この軸体の外周面に沿って形成された導電性弾性層とを備えた現像ロールの上記導電性弾性層の表面電位を測定する現像ロールの表面電位測定方法であって、コロトロンを用い下記（ａ）かつ（ｂ）の条件で上記導電性弾性層の表面を軸方向に沿う直線状に帯電させながら上記現像ロールを所定の回転速度〔１分間にＡ回転（Ａｒｐｍ）〕で周方向に回転させた状態で、上記帯電位置から回転方向に９０度回転した位置において下記（ｃ）の条件でプローブを軸方向に沿って導電性弾性層の画像領域内を所定の速度〔１分間にＢミリメートル（Ｂｍｍ／ｍｉｎ）〕で移動させながら導電性弾性層の表面電位を測定する場合において、Ｂ／Ａの値を２〜６の範囲に設定した際に、上記表面電位を、１Ｈｚ未満の周波数成分と、１Ｈｚ以上１０Ｈｚ未満の周波数成分とに分け、そのうち上記１Ｈｚ未満の周波数成分の最大値を現像ロールの軸方向の特性として得、上記１Ｈｚ以上１０Ｈｚ未満の周波数成分の最大値と最小値との差を現像ロールの周方向の特性として得ることを特徴とする現像ロールの表面電位測定方法。
   （ａ）コロトロンの芯部と導電性弾性層の表面との距離が１２ｍｍ。
   （ｂ）コロトロンの芯部に流す電流が−１００μＡ。
   （ｃ）プローブと導電性弾性層の表面との距離が３ｍｍ。

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