JP4041455B2 - 現像ローラ及びそれが搭載された画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、現像ローラ及びそれが搭載された画像形成装置に関するものである。

従来、プリンタ、複写機、ファクシミリ装置等の画像形成装置においては、非磁性一成分のトナーを使用し、接触現像方式で現像を行うようにしたものが提供されている。前記画像形成装置、例えば、プリンタにおいては、感光体ドラムを帯電ローラによって帯電させ、ＬＥＤヘッドによって、感光体ドラムの表面に静電潜像を形成し、現像装置によって前記静電潜像を現像してトナー像を形成し、転写装置によってトナー像を用紙に転写するようになっている。

また、転写後に感光体ドラム上に残留したトナーを除去するに当たり、クリーニングブレード方式の場合、ゴム片から成るクリーニングブレードを感光体ドラムに押し当てるようにしている。また、クリーニングレス方式の場合、感光体ドラムにゴムローラを圧接させることによって、ゴムローラに一旦（いったん）トナーを付着させ、再び感光体ドラムに戻した後、現像装置に回収するようにしている。

ところで、プリンタの現像装置において使用される現像ローラは、導電性シャフトの外周に半導電性の弾性層を形成することによって形成され、該弾性層は、カーボン、導電性フィラー等の電子導電剤又はイオン性導電剤を分離させたウレタンゴム、ＮＢＲ、ＥＰＤＭ、シリコーンゴム等から成る。そして、トナーの帯電性を良くし、かつ、感光体ドラムと化学的に反応してドラム汚染が発生することがないように、弾性層の表面を帯電性付与剤、表面改質剤等によって処理を行うようにしている。

また、接触方式の現像装置に使用される現像ローラは、感光体ドラム及び現像ブレードと常に圧接させられ、圧力が加わり、長期間非動作で放置されると、現像ローラの表面における感光体ドラム及び現像ブレードとの圧接部で凹み、すなわち、ニップ痕（こん）が形成されてしまう。そこで、出荷時のように、長期間非動作で放置されることがあらかじめ分かっている場合には、現像ローラと感光体ドラム及び現像ブレードとを非接触状態にして、圧接部に圧力が加わらない状態に保持し、プリンタを使用する直前に現像ローラを感光体ドラム及び現像ブレードと接触させるような機構（以下「リリース機構」という。）を配設するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。

ところが、該リリース機構を設けた現像装置においては、リリース機構を配設した分だけコストが高くなるほか、一旦リリース機構を解除して、現像ローラを感光体ドラム及び現像ブレードと接触させた後、再び長期間非動作で放置されると、圧接部に圧力が加わった状態になるので、ニップ痕が形成されてしまう。

その結果、ニップ痕が形成された部分のトナー層が厚くなり、画像の濃度が高くなって、画像に現像周期で横すじが形成されてしまう。

そこで、現像ローラを、長期間圧接部に圧力が加わった状態に置かれてもニップ痕が形成されない材料、すなわち、圧縮永久歪（ひず）みの小さい材料を使用して形成するようにしている。

該圧縮永久歪みの小さい材料を使用して形成された現像ローラとして、イオン導電性の高いウレタンゴム製の弾性層の表面をイソシアネート溶液で表面処理を行ったものが知られている。
特開平９−９６９３７号公報

しかしながら、前記従来の現像ローラにおいては、弾性層であるウレタンゴム自体の吸湿量が多いので、環境が変化すると、イオン導電性が大きく変化し、現像ローラの抵抗値が変化してトナーの帯電性が変化してしまう。

その結果、例えば、高温多湿（２８〔℃〕、８０〔％〕）の環境（以下「ＨＨ環境」という。）下において、ドラムかぶり現象が発生し、トナーとしてマイナスに帯電するトナー（以下「マイナス帯電トナー」という。）が使用される場合に、プラスに帯電するトナー（以下「プラス帯電トナー」という。）が発生し、露光がされていない感光体ドラムの表面に、プラス帯電トナーが付着してしまう。また、低温低湿（１０〔℃〕、２０〔％〕）の環境（以下「ＬＬ環境」という。）下においては、現像ローラの抵抗値が大きくなり、トナーの帯電性が高くなるので、トナーの高帯電化による汚れ現象が発生し、マイナス帯電トナーが使用される場合に、トナーが、一層マイナスに帯電させられ、露光がされていない感光体ドラムの表面に付着してしまう。

本発明は、前記従来の現像ローラの問題点を解決して、環境が変化しても、ドラムかぶり現象及び汚れ現象が発生することがない現像ローラ及びそれが搭載された画像形成装置を提供することを目的とする。

そのために、本発明の現像ローラにおいては、導電性シャフトと、該導電性シャフトの外周に形成されたウレタンゴム製の弾性層と、該弾性層の表面に、イソシアネート溶液で表面処理を行うことによって形成された表面硬化処理層とを有する。

そして、前記弾性層には１種類又は２種類以上の電子伝導性の材料が総量で０．１〜１重量部添加される。また、前記弾性層の抵抗値が１×１０³ 〜１×１０⁶ 〔Ω〕の範囲にされる。

本発明によれば、現像ローラにおいては、導電性シャフトと、該導電性シャフトの外周に形成されたウレタンゴム製の弾性層と、該弾性層の表面に、イソシアネート溶液で表面処理を行うことによって形成された表面硬化処理層とを有する。

そして、前記弾性層には１種類又は２種類以上の電子伝導性の材料が総量で０．１〜１重量部添加される。また、前記弾性層の抵抗値が１×１０³ 〜１×１０⁶ 〔Ω〕の範囲にされる。

この場合、弾性層には１種類又は２種類以上の電子伝導性の材料が総量で０．１〜１重量部添加されるので、圧縮永久歪みの小さい弾性層を形成することができる。したがって、現像ローラを像担持体及び現像ブレードと圧接させたまま長期間放置しても、ニップ痕が形成されることがなくなり、画像品位が低下するのを防止することができる。

また、弾性層の抵抗値が１×１０³ 〜１×１０⁶ 〔Ω〕の範囲にされるので、弾性層の抵抗値を初期の状態から安定化させ、適正な範囲にすることができる。したがって、極めて安定に、かつ、良好にトナーを帯電させることができ、環境が変化しても、現像ローラの抵抗値が変化することがなく、トナーの帯電性が変化するのを防止することができる。

その結果、ＨＨ環境下においてドラムかぶり現象が発生することがなく、ＬＬ環境下において汚れ現象が発生することがなくなるので、画像品位を一層向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この場合、画像形成装置としてのプリンタについて説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態における現像ローラの断面図、図２は本発明の第１の実施の形態における画像形成装置の構成図である。

図において、１２は像担持体としての感光体ドラムであり、該感光体ドラム１２の表面は、帯電装置としての帯電ローラ１８によって、一様に、かつ、均一に帯電させられる。続いて、露光装置としてのＬＥＤ１９は、前記感光体ドラム１２の表面を露光して、感光体ドラム１２の表面に静電潜像を形成する。

また、３１は現像装置であり、該現像装置３１は、現像ローラ１１、ジメチルシリコーンゴム発泡体から成るトナー供給ローラ１３、ＳＵＳ製の薄板から成る現像ブレード１４等を備える。前記現像装置３１は、前記静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する。続いて、転写装置としての転写ローラ１６は、前記トナー像を記録媒体としての用紙に転写し、図示されない定着装置は、用紙上のトナー像を定着させ、画像を形成する。本実施の形態において、トナーはマイナス帯電トナーであり、粉砕トナー又は重合トナーが使用される。

なお、転写後に感光体ドラム１２に残ったトナーは、クリーニング装置１７のウレタンゴムブレード１７ａによって除去される。前記感光体ドラム１２、転写ローラ１６、クリーニング装置１７、帯電ローラ１８、ＬＥＤ１９、現像装置３１等によってプリンタが構成される。

ところで、本実施の形態において、現像装置３１は、接触現像方式で使用され、非動作時に現像ローラ１１と感光体ドラム１２及び現像ブレード１４とが常に圧接させられる。

そして、現像ローラ１１は、導電性シャフト１１ａ、該導電性シャフト１１ａの外周に形成された弾性層１１ｂ、及び該弾性層１１ｂの外周に形成された表面硬化処理層１１ｃから成る。前記弾性層１１ｂは、弾性体材料としてのウレタンゴムに、１種類又は２種類以上の電子伝導性の材料から成る導電剤、本実施例においては、カーボンブラックを所定の添加量だけ添加し、均一に分散させて形成され、前記表面硬化処理層１１ｃは、前記弾性層１１ｂの外周にエタノールで希釈したイソシアネート溶液を塗布し、加熱し硬化させ、乾燥させることによって表面処理（表面硬化処理）としてのイソシアネート処理を行うことにより形成される。

前記現像ローラ１１は、ニップ量が１〜２〔ｍｍ〕になるように約０．１２５〜０．６２５〔ｋｇｆ／ｃｍ〕の圧力で感光体ドラム１２に圧接させられる。なお、前記圧力は、現像ローラ１１及び感光体ドラム１２の各端部同士の間に、例えば、４〔ｃｍ〕にわたって介在させられた図示されない圧力センサによって測定することができる。また、前記現像ローラ１１の外径はφ２０〔ｍｍ〕であり、導電性シャフト１１ａの該外径はφ１２〔ｍｍ〕であり、弾性層１１ｂのゴム硬度（ＪＩＳ Ａ）は５０〔度〕である。なお、外径がφ３０〔ｍｍ〕の感光体ドラム１２が使用される。

また、現像ブレード１４は、厚さが０．０６〜１．０〔ｍｍ〕のＳＵＳ製の薄板から成り、現像ローラ１１と接触する先端部には、Ｒ０．３〔ｍｍ〕のＲ形状が形成される。そして、前記現像ブレード１４は、角度が６０〜９０〔度〕で、線圧が０．５〜１．０〔ｋｇｆ〕で現像ローラ１１を圧接させられる。

次に、前記現像ローラ１１の製造方法について説明する。

まず、ウレタンゴム製の弾性層１１ｂは、ハードセグメントであるポリイソシアネート、ソフトセグメントである長鎖ポリオール、鎖延長剤、架橋剤等を反応させることによって得られる。

前記ポリイソシアネートには、芳香族ポリイソシアネート及び脂肪族ポリイソシアネートがあり、芳香族ポリイソシアネートとして、例えば、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ジフェニルメタンイソシアネート（ＭＤＩ）、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート、トリジンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート等を、脂肪族ポリイソシアネートとして、例えば、ヒキサメチレンイソシアネート（ＨＤＩ）、イソホロンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、水添キシリレンジイソシアネート、テトラメチルヘキサメチレンジイソシアネート等を使用することができる。

一方、前記長鎖ポリオールには、ポリエーテル系ポリオール及びポリエステル系ポリオールがあり、ポリエーテル系ポリオールとして、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、エチレンジアミン、ジエチルトリアミン、トリレンジアミン等のアミン類、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール等を、ポリエステル系ポリオールとして、例えば、低分子ポリオール、ポリカプラクトン、ポリカーボネートポリオール等を使用することができる。

また、前記鎖延長剤は、分子量が３００未満の分子内に２個以上の活性水素を有する化合物であり、鎖延長剤として、ポリオール、ポリアミン、アミノアルコール、水、尿素等を使用することができる。そして、前記架橋剤として、有機イソシアネートをイソシアヌレート化して多量化させたもの、又はアミン樹脂等の樹脂系架橋剤を使用することができる。なお、前記架橋剤は、前記ハードセグメント間の架橋を行い、樹脂を三次元構造化する働きを有する。

前記ウレタンゴムにおいては、特に材料は限定されないが、耐水性の高いポリエーテル系ポリオール及び脂肪族系イソシアネートをベースポリマーとして使用するとよい。また、前記導電剤として、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック等を使用したり、塗料用カーボンブラック等の一般的なカーボンブラックを使用したりすることができる。

本実施の形態において、前記カーボンブラックの種類は限定されない。単独又は２種類以上のカーボンブラックを混合して使用することができるが、少なくとも、添加するカーボンブラックの総量はウレタン成分１００重量部に対して、５重量部以下とし、かつ、弾性層１１ｂの抵抗値が１×１０³ 〜１×１０⁶ 〔Ω〕の範囲になるように添加する。

なお、一般に、現像ローラ１１として適正な抵抗値の範囲は、１×１０³ 〜１×１０⁹ 〔Ω〕であることが知られている。この場合、前記抵抗値は、外径φ６〔ｍｍ〕、幅１．５〔ｍｍ〕のボールベアリングを、現像ローラ１１の長手方向における６箇所に等ピッチで配設し、１０．５〔ｇｆ〕の圧力で現像ローラ１１の表面に押し当て、導電性シャフト１１ａとの間にＤＣ−１００〔Ｖ〕の電圧を印加して測定したときの、６箇所の平均値である。

また、前記カーボンブラックの添加方法は、弾性層１１ｂに均一に分散させることが極めて重要であるので、例えば、前記ウレタン成分である長鎖ポリオールにあらかじめカーボンブラックを添加し、ロールミルで十分に分散混合させ、カーボン入りポリオールを得る方法が有用である。

そして、導電性シャフト１１ａを金型にセットし、前記カーボン入りポリオール、ポリイソシアネート、鎖延長剤、触媒、架橋剤等を一定量添加し、攪拌（かくはん）し、混合したものを、前記金型に流し込み、ウレタンゴムエラストマーの成型体ローラを得る。続いて、該成型体ローラを、粗研磨、フィニッシャー研磨等によって研磨して、所定の外径及び所定の表面粗さにして、ゴムローラが形成される。本実施の形態においては、特に、表面粗さが、ＪＩＳ１０点粗さＲｚで２〜７〔μｍ〕にされる。

さらに、本実施の形態においては、現像ローラ１１と感光体ドラム１２との間で化学反応が起こるのを防止するために、エタノール又はＩＰＡで希釈した芳香族イソシアネート溶液が、周知のディピング方法によって、研磨されたゴムローラの表面に塗布される。続いて、前記ゴムローラを加熱炉で一定時間加熱し硬化させ、乾燥させると、表面硬化処理層１１ｃが形成される。

さらに、本実施の形態においては、該表面硬化処理層１１ｃのカーボン状態を初期の状態より安定化させ、かつ、表面抵抗率を高くして、トナーの帯電性を良くするために、前記ゴムローラの表面をＩＰＡ、エタノール等の有機溶剤に漬（つ）けた布等で払拭（しょく）して処理後の溶剤清掃を行い、表面から有機溶剤を含浸させることによって、表面硬化処理層１１ｃ内のカーボン連鎖を伸縮させ、均一化し安定化させる。

このとき、本実施の形態においては、有機溶剤で清掃する前の弾性層１１ｂの抵抗値に対して、少なくとも１×１０¹ 〜１×１０³ 〔Ω〕の範囲、すなわち、１〜３桁（けた）抵抗値が高くなるように調整することが好ましい。そして、最終的なローラ抵抗値である現像ローラ１１の抵抗値を１×１０⁴ 〜１×１０⁹ 〔Ω〕の範囲にすると、トナーの帯電性を良くすることができ、感光体ドラム１２等へのリークが発生することがない。

また、実際のゴムローラを研磨して調べた結果、前記有機溶剤によって抵抗値が高くされた領域は、表面の近傍、すなわち、表面から内部方向に約０．４〜０．７〔ｍｍ〕の範囲に達していることが分かった。すなわち、本実施の形態において、弾性層１１ｂは、抵抗値（内部抵抗値）が１×１０³ 〜１×１０⁶ 〔Ω〕の範囲であり、表面から内部方向に０．４〜０．７〔ｍｍ〕の範囲の抵抗値は内部より１〜３桁高い。

次に、前記構成の現像ローラ１１の実施例及び比較例を評価したときの評価結果について説明する。

図３は本発明の第１の実施の形態における現像ローラの評価結果を示す図である。

第１の実施例及び比較例１〜６は、いずれも外径がφ１２〔ｍｍ〕の導電性シャフト１１ａ（図１）に現像ローラ１１の外径がφ２０〔ｍｍ〕となるように弾性層１１ｂを形成し、図２における現像ローラ１１として使用して評価を行った。

まず、第１の実施例は、ポリエーテル系のウレタンゴム製の弾性層１１ｂに導電剤としてカーボンブラックを０．２重量部添加し、さらに、イソシアネート処理により表面硬化処理層１１ｃを形成し、ＩＰＡによって表面を払拭（ＩＰＡ拭き）したものである。

比較例１は、ウレタンゴム製の弾性層１１ｂに導電剤としてリチウムイオンから成るイオン導電剤を添加し、イソシアネート処理によって表面硬化処理層１１ｃを形成したものであり、比較例２は、ウレタンゴム製の弾性層１１ｂに導電剤としてカーボンブラックを０．１重量部添加し、さらに、イソシアネート処理により表面硬化処理層１１ｃを形成し、ＩＰＡによって表面を払拭したものであり、比較例３は、ウレタンゴム製の弾性層１１ｂに導電剤としてカーボンブラックを１重量部添加し、さらに、イソシアネート処理により表面硬化処理層１１ｃを形成し、ＩＰＡによって表面を払拭したものであり、比較例４は、ウレタンゴム製の弾性層１１ｂに導電剤としてカーボンブラックを５重量部添加し、さらに、イソシアネート処理により表面硬化処理層１１ｃを形成し、ＩＰＡによって表面を払拭したものである。

また、比較例５は、シリコーンゴム製の弾性層１１ｂに導電剤としてカーボンブラックを１０重量部（対ゴム）添加し、絶縁性シリコーン樹脂で調整し、さらに、ＵＶ照射処理（ＵＶ処理）又はアミノシラン処理（アミノ処理）を施したものであり、比較例６は、ウレタンゴム製の弾性層１１ｂに導電剤としてカーボンブラックを０．２重量部添加し、さらに、イソシアネート処理によって表面硬化処理層１１ｃを形成したものである。

図において、現像ローラ１１の抵抗値は、外径が６〔ｍｍ〕、幅が１．５〔ｍｍ〕のボールベアリングを、現像ローラ１１の長手方向の６箇所に等ピッチで配設し、１０．５〔ｇｆ〕の圧力で現像ローラ１１の表面に押し当て、導電性シャフト１１ａとの間にＤＣ−１００〔Ｖ〕の電圧を印加することによって、中温中湿の環境（以下「ＮＮ環境」という。）下で測定した６箇所の平均値であり、抵抗値のばらつきはその最大値と最小値との比である。

ドラムかぶりは、感光体ドラム１２上のトナーをテープ（スリーエム社製 スコッチテープ）で剥（はく）離させて、反射率計で測定したものであり、テープだけの反射率を１００〔％〕としたときの比を百分率で表したものである。

圧縮永久歪みの歪み量（永久歪み量）は、外径がφ５〔ｍｍ〕の円筒状の金属製のシャフトを前記弾性層１１ｂに５〔ｋｇｆ〕の力で約１分間を押し付けて、離した直後の弾性層１１ｂの凹み量と、１０分後の弾性層１１ｂの凹み量とを測定し、変化率を百分率で表した値である。圧縮永久歪みの値が大きいほど、力が加わったときのゴムの戻りが悪く、ニップ痕が発生しやすい。

また、ニップ痕は、前記プリンタに現像ローラ１１を組み込み、６箇月放置したときの画像結果を表す。

そして、ドラムかぶり（ＨＨ環境下におけるドラムかぶり）の評価において、◎は光沢紙及び普通紙でドラムがぶりが発生しなかったことを、○は普通紙では良好であるが、光沢紙ではわずかにドラムかぶりが発生したことを、×は光沢紙及び普通紙でドラムかぶりが発生したことを示す。

また、ニップ痕の評価においては、◎は１年以上放置してもニップ痕が発生しなかったことを、○は１箇月〜１年放置してもニップ痕が発生しなかったことを、×は１箇月以内でニップ痕が発生したことを示す。

なお、一般に、前記ドラムかぶりを評価する基準として、カラーの電子写真式のプリンタにおいては、４色の合計が６〔％〕を超えると、普通紙でドラムかぶりが発生したことが人間の目で分かるレベルであることが知られている。したがって、ドラムかぶり値は、４色の合計で６〔％〕以下、単色では２〔％〕以下を良否判定の基準とすることが知られている。

図から、実施例１及び比較例１、２、６は、圧縮永久歪みが非常に小さく、ニップ痕が発生しないことが分かった。また、比較例３、４は、ウレタンゴムへのカーボンブラックの添加量が多くなるのに伴って圧縮永久歪みが大きくなり、添加量を５重量部とした比較例４は、長期間（５０〔℃〕、１年以上）放置されると、ニップ痕が発生して画像品位が低下することが分かった。なお、実使用として１年間放置されるという状況は少なく、実使用上問題ないものとすることができる。そして、比較例５のシリコーンゴムを使用したものは、実施例及び比較例と比べて圧縮永久歪みが大きいので、短期間（５０〔℃〕、３日）放置しただけでニップ痕が顕著に発生することが分かった。

このように、前記第１の実施例においては、ウレタンゴムに添加されるカーボンブラックの添加量が少なくとも５重量部以下にされるので、圧縮永久歪みが小さくなり、ニップ痕が発生するのを防止することができる。

また、ドラムかぶりにおいて、比較例１のように導電剤としてイオン導電剤を使用した場合、ウレタンゴムが吸湿することによってイオン導電剤の導電性が変化し、特に、ＨＨ環境下でトナーの帯電性が悪くなり、ドラムかぶりが極めて発生してしまう。

これに対して、第１の実施例においては、同じウレタンゴムを使用しても、導電剤としてカーボンブラックが使用されるので、環境による現像ローラ１１の抵抗値の変化が小さい。したがって、特に、ＨＨ環境下においてトナーの帯電性が悪くなることがないので、ドラムかぶりが発生するのを防止することができる。

なお、比較例６は、実施例１に対してイソシアネート処理後のＩＰＡ払拭を行わないものであるので、イソシアネート処理後の現像ローラ１１の抵抗値が実施例１に比べて低くなり、初期的にドラムかぶりが発生することが分かった。また、比較例６は、経時的には抵抗値が高くなり、トナーの帯電性が安定するが、それまでに、数千枚の印刷を行う必要がある。

図４は本発明の第１の実施の形態におけるカーボンブラックの添加量と弾性層の抵抗値との関係及び画像良好範囲を示す図である。なお、図において、横軸に添加量を、縦軸に抵抗値を採ってある。

図に示されるように、圧縮永久歪みを小さくするために、弾性体材料へのカーボンブラックの添加量を５重量部以下にするのがよい。また、ドラムかぶりが発生するのを防止するためには、弾性層１１ｂの抵抗値が１×１０⁴ 〔Ω〕以上になるように、カーボンブラックの添加量を１重量部以下にするのが好ましい。

一方、カーボンブラックを全く添加しない場合、現像ローラ１１は絶縁性が高くなりすぎ、現像を行うことができず、また、カーボンブラックの添加量が極めて少ない場合、添加されたカーボンブラックの分散状態が悪いと、現像ローラ１１の抵抗値のばらつきにより、画像品位が低下してしまう。

図３及び４から、カーボンブラックの添加量を０．１重量部以上にすると、弾性層１１ｂの抵抗値を１×１０⁸ 〔Ω〕以下にすることができ、イソシアネート処理が行われた後でも５×１０⁹ 〔Ω〕以下にすることができ、少なくとも抵抗値が高くなることによって画像品位が低下するのを防止することができる。

したがって、ウレタンゴム中に添加するカーボンブラックの添加量を総量で０．１〜５重量部の範囲、好ましくは０．１〜１重量部の範囲にするのが有用である。

このように、本実施の形態においては、ウレタンゴムに少量のカーボンブラックを添加することによって、導電性を付与し、圧縮永久歪みの小さい弾性層１１ｂを形成することができる。したがって、現像ローラ１１を感光体ドラム１２及び現像ブレード１４と圧接させたまま長期間放置しても、ニップ痕が形成されることがなくなり、画像品位が低下するのを防止することができる。

また、第１の実施例において、イソシアネート処理が行われた後にＩＰＡで表面を払拭させると、ゴムローラの表面の近傍（表面から約０．４〜０．７〔ｍｍ〕の範囲）の抵抗値を内部の抵抗値より１〜３桁高くすることができる。したがって、現像ローラ１１の抵抗値を初期の状態から安定化させ、適正な範囲にすることができるので、極めて安定に、かつ、良好にトナーを帯電させることができる。すなわち、環境が変化しても、現像ローラ１１の抵抗値が変化することがなく、トナーの帯電性が変化するのを防止することができる。

その結果、ＨＨ環境下においてドラムかぶり現象が発生することがなく、ＬＬ環境下において汚れ現象が発生することがなくなるので、画像品位を一層向上させることができる。

ここで、第１の実施例においては、表面を払拭する有機溶剤として環境等を考慮してＩＰＡを使用するようになっているが、他の有機溶剤を使用しても、ウレタンゴム中に溶剤が吸収されたときに、ウレタンゴムの伸縮作用によってカーボン鎖が変化し、弾性層１１ｂの抵抗値を高くすることが確認できた。

前記有機溶剤は、例えば、エタノール、メタノール、トルエン、酢酸エチル等ほぼすべての極性溶剤が使用可能であり、また、払拭する方法のほか、単純に溶剤中に含浸させるディッピング等の方法を使用しても、同じ効果が得られることが確認できた。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。

図５は本発明の第２の実施の形態における現像ローラの断面図である。なお、本実施の形態における現像ローラ２１は、前記第１の実施の形態と同様に、図２に示されるプリンタに搭載され、使用される。

図に示されるように、現像ローラ２１は、導電性シャフト２１ａの外周に、弾性体材料としてのウレタンゴムに導電剤としてのカーボンブラックを所定の添加量だけ添加し、均一に分散させて成る弾性層２１ｂを形成する。

なお、本実施の形態における現像ローラ２１の作成方法は、弾性層２１ｂを形成するまでは前記第１の実施の形態における現像ローラ１１の作成方法と同様である。

その後、本実施の形態においては、現像ローラ２１が感光体ドラム１２と化学的反応を起こすのを防止するために、エタノールで希釈した芳香族イソシアネート溶液中にカーボンブラックを任意の添加量だけ添加したものを、ディッピング方法によって研磨した弾性層２１ｂの外周に塗布し、加熱炉で一定時間加熱し硬化させ、乾燥させることによってイソシアネート処理を行い、電子導電性の表面硬化処理層２１ｃを形成するようにしている。

該表面硬化処理層２１ｃを形成するために使用されるカーボンブラックとしては、特に限定されず、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック等のほかに、塗料用カーボンブラックを使用することができるが、本実施の形態においては、アセチレンブラックが使用される。

該アセチレンブラックの添加量としては、イソシアネート処理に使用されるイソシアネート１００重量部に対して１〜１０重量部、好ましくは、５〜１０重量部にされる。

なお、カーボンブラックの添加量は、使用されるカーボンブラックの導電性及び分散性に関係するので、少なくともイソシアネート処理が行われた後にＩＰＡで払拭することによって、現像ローラ２１の抵抗値が、１×１０⁴ 〜１×１０⁹ 〔Ω〕の範囲になるように、また、ＬＬ環境下で３×１０⁹ 〔Ω〕より低くなるように設定される。

また、本実施の形態においては、前記第１の実施の形態と同様に、イソシアネート処理が行われた後にＩＰＡで払拭することによって、表面の近傍の抵抗値が、内部の抵抗値より１〜３桁高くされる。

次に、前記構成の現像ローラ２１の実施例及び比較例を評価したときの評価結果について説明する。

図６は本発明の第２の実施の形態における現像ローラの評価結果を示す図である。

まず、第１、第２の実施例並びに比較例１及び２は、いずれもポリエーテル系のウレタンゴム製の弾性層２１ｂ（図５）に導電剤としてカーボンブラックを０．２重量部添加し、さらに、イソシアネート処理により表面硬化処理層２１ｃを形成し、ＩＰＡによって表面を払拭したものである。そして、第２の実施例は、イソシアネート処理において、イソシアネート１００重量部に対して導電剤（処理用導電剤）としてカーボンブラックを１重量部添加した。

また、比較例１は、イソシアネート処理において、イソシアネート１００重量部に対して導電剤としてカーボンブラックを０．１重量部添加し、比較例２は、イソシアネート処理において、イソシアネート１００重量部に対して導電剤としてカーボンブラックを５重量部添加し、第１の実施の形態における第１の実施例は、イソシアネート処理においてカーボンブラックを添加しなかった。

図に示されるように、第２の実施例においては、少なくとも第１の実施例と比べて、ＬＬ環境下での現像ローラ２１の抵抗値が小さくなる。すなわち、イソシアネート処理においてカーボンブラックを添加することによって、環境による現像ローラ２１の抵抗値の変化が少なくなることが分かる。

前記第１の実施例においては、イソシアネート自体が絶縁性材料であるので、イソシアネート処理を行うだけで弾性層１１ｂの抵抗値が高くなり、弾性層１１ｂが絶縁性を有することになり、特に、ＬＬ環境下で３×１０¹⁰〔Ω〕以上になる。その結果、現像効率が低下し、弾性層２１ｂの抵抗値のわずかなばらつきでも、画像上の濃度むらが白抜けとして発生してしまう。

これに対して、第２の実施例においては、弾性層２１ｂの抵抗値のばらつきが多少あっても、カーボンブラックが均一に分散させられた表面硬化処理層２１ｃが形成されるので、現像ローラ２１の抵抗値を安定化させることができ、ＬＬ環境下での現像ローラ２１の抵抗値を低くすることができる。

なお、白抜けの評価において、◎は全く発生しないことを、△は頻度は低いがわずかに発生することを、×は発生することを示す。

図に示されるように、比較例１の場合、イソシアネート処理におけるカーボンブラックの添加量が少ないので、第１の実施例ほどではないが、ＬＬ環境下等のように現像ローラ２１の抵抗値が高くなる条件において、現像周期で白抜けが発生することが確認できた。

また、比較例２の場合、イソシアネート処理におけるカーボンブラックの添加量を、第２の実施例と比べて多くしたものであるが、添加量が５重量部を超えると、イソシアネート処理が行われた後の現像ローラ２１の抵抗値が１×１０⁷ 〔Ω〕より低くなり、トナーの帯電量が悪くなり、特に、ＨＨ環境下でドラムかぶりが発生してしまう。

このように、第２の実施例の場合、カーボンブラックが０．１〜５重量部添加されたイソシアネート処理液でイソシアネート処理を施し、さらに、ＩＰＡで払拭して抵抗値を安定化させたので、第１の実施例に比べて、ＬＬ環境下で現像ローラ２１の抵抗値を約１桁低くすることができ、トナーの帯電性を悪くすることなく、現像ローラ２１の抵抗値を安定化させることができる。また、現像ローラ２１を実装したプリンタで印刷を行った結果、現像周期の白抜けが発生するのを防止することができ、画像品位を向上させることができた。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の第１の実施の形態における現像ローラの断面図である。 本発明の第１の実施の形態における画像形成装置の構成図である。 本発明の第１の実施の形態における現像ローラの評価結果を示す図である。 本発明の第１の実施の形態におけるカーボンブラックの添加量と弾性層の抵抗値との関係及び画像良好範囲を示す図である。 本発明の第２の実施の形態における現像ローラの断面図である。 本発明の第２の実施の形態における現像ローラの評価結果を示す図である。

符号の説明

１１、２１ 現像ローラ
１１ａ、２１ａ 導電性シャフト
１１ｂ、２１ｂ 弾性層
１１ｃ、２１ｃ 表面硬化処理層
１２ 感光体ドラム
１６ 転写ローラ
１７ クリーニング装置
１８ 帯電ローラ
１９ ＬＥＤ
３１ 現像装置

Claims (6)

1. （ａ）導電性シャフトと、
   （ｂ）該導電性シャフトの外周に形成されたウレタンゴム製の弾性層と、
   （ｃ）該弾性層の表面に、イソシアネート溶液で表面処理を行うことによって形成された表面硬化処理層とを有するとともに、
   （ｄ）前記弾性層には１種類又は２種類以上の電子伝導性の材料が総量で０．１〜１重量部添加され、
   （ｅ）前記弾性層の抵抗値が１×１０³ 〜１×１０⁶ 〔Ω〕の範囲にされることを特徴とする現像ローラ。
2. 前記表面処理が行われた後に、有機溶剤で払拭することによって、表面硬化処理層の表面から内部方向に０．４〜０．７〔ｍｍ〕の範囲の抵抗値が、内部の抵抗値より１〜３桁高くされ、抵抗値が１×１０⁴ 〜１×１０⁹ 〔Ω〕の範囲にされる請求項１に記載の現像ローラ。
3. 前記電子伝導性の材料はカーボンブラックである請求項１又は２に記載の現像ローラ。
4. 前記表面硬化処理層に、カーボンブラックが含有される請求項１〜３のいずれか１項に記載の現像ローラ。
5. 前記表面硬化処理層に含有されるカーボンブラックの添加量は、ＬＬ環境下での抵抗値が３×１０⁹ 〔Ω〕より低くなるように設定される請求項４に記載の現像ローラ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の現像ローラが搭載された画像形成装置。

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