JP5108346B2

JP5108346B2 - 現像ロール

Info

Publication number: JP5108346B2
Application number: JP2007073181A
Authority: JP
Inventors: 匡今井; 政成梅田
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2027-03-20
Also published as: JP2008233546A

Description

本発明は、複写機，プリンター等の電子写真機器に用いられる現像ロールに関するものである。

複写機，プリンター等の電子写真機器に用いられる現像ロールは、通常、軸体の外周面にゴム等からなる弾性層が形成され、この弾性層の外周に直接もしくは他の層を介して最外層が形成されている。

そして、現像ロールの外周面において確実にトナー搬送を行うことが、高画質の画像を得る上で重要な役割となっている。このため、一般に、現像ロールの最外層の外周面を粗面化することにより、トナー搬送性を向上させている。その粗面化の方法は、様々であるが、例えば、現像ロールの最外層内に絶縁性の粒子等の硬質粒子を分散させることにより、最外層の外周面を粗面化する方法（例えば、特許文献１参照）が知られている。その粗面は、硬質粒子が存在する部分が凸部、硬質粒子が存在しない部分が凹部になった凹凸粗面になっている。

しかしながら、上記凸部は、硬質粒子の存在により、現像ロールの表面硬度が高くなっている。このため、図５に示すように、現像ロール１０がトナー供給ロール２０，層形成ブレード３０および感光ドラム４０等と接触した状態で回転すると、現像ロール１０の表面の上記凸部において、トナーにストレスを与えてしまう。これにより、上記凸部を起点としてフィルミングが発生し、かぶり現象等の不具合が発生する。なお、図５において、符号５０はトナーボックス、符号５１はトナー、符号６０は転写ロール、符号Ｐは用紙である。

そこで、本出願人は、上記硬質粒子を用いることなく、最外層の外周面を粗面化した現像ロールを提案している（特許文献２参照）。この現像ロールは、最外層の外周面に、多数の凹部を、相互に開口縁部が重なり合わない状態で分布形成することにより、最外層の外周面を粗面化している。
特開２００２−３０４０５３号公報特開２００６−３０９１２８号公報

しかしながら、近年の、複写やプリントの高速化の要請に対応し、高速印刷を行うと、画像濃度が薄くなることがある。これは、現像ロールによるトナー搬送量が、高速印刷に充分に対応できていないことに原因がある。この点でいまだ改良の余地があった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、トナー搬送量を向上させることができる現像ロール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は、軸体と、この軸体の外周面に形成された弾性層と、この弾性層の外周に直接もしくは他の層を介して形成された最外層とを有する現像ロールであって、上記弾性層の外周面に、レーザエッチングによる多数の凹部が、その開口縁部が重なり合った状態でランダムに分布形成され、上記凹部が形成された部分が、元の外周面の表面積の４５％以上８０％未満の範囲内に設定され、上記凹部形成に起因する、上記最外層の算術平均粗さ（Ｒａ）が１．４μｍ以上３．０μｍ以下の範囲内に設定されているという構成をとる。

本発明者らは、現像ロールによるトナー搬送量を向上させるべく、研究を重ねた。その研究の過程で、レーザエッチングによる多数の凹部を弾性層の外周面に分布形成し、その凹部形成に起因して最外層の外周面を粗面に形成することを想起し、さらに研究を重ねた。その結果、弾性層の外周面に分布形成する多数の凹部は、その開口縁部が重なり合うようにするとともに、凹部形成部分が元の外周面の表面積の４５％以上８０％未満となるようにし、それにより、最外層の算術平均粗さ（Ｒａ）が１．４μｍ以上３．０μｍ以下となるようにすると、トナー搬送量が向上することを見出し、本発明に到達した。

本発明の現像ロールは、弾性層の外周面に、レーザエッチングによる多数の凹部が、その開口縁部が重なり合った状態で分布形成され、上記凹部が形成された部分が、元の外周面の表面積の４５％以上８０％未満の範囲内に設定され、上記凹部形成に起因する、上記最外層の算術平均粗さ（Ｒａ）が１．４μｍ以上３．０μｍ以下の範囲内に設定されているため、トナー搬送量を向上させることができる。また、本発明の現像ロールは、最外層の外周面の粗面化が硬質粒子によるものではないため、フィルミング，かぶり現象等の不具合の発生も防止することができる。

特に、上記弾性層の外周面に形成された各凹部が、開口直径８０μｍ以上１４０μｍ以下の範囲内、深さ４μｍ以上１２μｍ以下の範囲内にある場合には、最外層の算術平均粗さ（Ｒａ）を上記１．４μｍ以上３．０μｍ以下に設定し易くすることができる。

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一実施の形態を示している。この実施の形態の現像ロールは、円柱状の軸体１の外周面に、弾性層２が形成され、この弾性層２の外周面に、最外層３が形成されている。上記弾性層２の外周面２ａには、図２に示すように、レーザエッチングによる多数の凹部Ａが、その開口縁部が重なり合った状態で交叉列状に（ランダムに）分布形成されており、その凹部Ａ形成により、弾性層２の外周面２ａの一部が削除され、その削除された部分（凹部Ａが形成された部分）が元の外周面（凹部Ａ形成前の外周面）２ａの表面積の４５％以上８０％未満の範囲内に設定されている。そして、図１に示すように、その弾性層２のレーザエッチング処理面（凹部Ａ形成面）に形成された上記最外層３は、上記レーザエッチング処理（凹部Ａ形成）に起因して、算術平均粗さ（Ｒａ）が１．４μｍ以上３．０μｍ以下になっており、現像ロールとしてトナー搬送量が向上した表面粗さになっている。

より詳しく説明すると、レーザエッチングにより形成される各凹部Ａ（重なり合う前の各凹部Ａ）の形状は、特に限定されるものではなく、その開口形状としては、円形状，楕円状，四角形状等があげられるが、形成容易性の観点からは、各凹部Ａの開口形状が円形状に形成されることが好ましく、各凹部Ａの凹面形状が球面状の一部からなる曲面（例えば、半球面状）に形成されることが好ましい。そして、そのような凹部Ａの開口縁部が重なり合うように分布形成されるが、その分布形成は、この実施の形態では、ランダムになされている（図２参照）。

重なり合う前の各凹部Ａの寸法形状は、上記最外層３での算術平均粗さ（Ｒａ）を上記特定の範囲（１．４μｍ以上３．０μｍ以下）に設定し易くできる観点から、開口形状を開口直径８０μｍ以上１４０μｍ以下の範囲内の円形状とし、凹面形状を深さ４μｍ以上１２μｍ以下の範囲内の球面状の一部とすることが好ましい。そして、開口縁部が重なり合っている部分での重なり度合いは、各凹部Ａの開口直径の０〜４０％の範囲内で重なり合うようにすることが好ましい。

ここで、上記各凹部Ａの開口直径は、弾性層２の外周面を電子顕微鏡で見て、各凹部Ａの最大径と最小径の平均値をとり、それを任意の１０個の凹部Ａで測定し、それらの平均値で表される。また、上記各凹部Ａの深さは、弾性層２を厚み方向に切断し、その断面を電子顕微鏡で見て、凹部Ａの深さを任意の１０個の凹部Ａで測定し、それらの平均値で表される。そして、「開口直径の０％で重なり合う」とは、隣り合う凹部Ａの開口縁部が接した状態を意味する。さらに、上記レーザエッチングする（凹部を形成する）面積の割合（４５％以上８０％未満）は、レーザエッチングにより形成する各凹部の外径と、単位面積当たりの凹部の個数との設定値から、計算により算出することができる。また、その割合の確認は、電子顕微鏡で見て行うことができる。

このような現像ロールの作製は、例えば、つぎのようにして行われる。

すなわち、まず、軸体１の外周面に、必要に応じて接着剤等を塗布し、これを成形用金型の中空部に同軸的に設置し、密封した後、弾性層２の形成材料を注入して成形する。ついで、オーブン加硫等により加硫し、上記弾性層２（通常、厚み０．５〜５ｍｍ程度）を形成する。その後、脱型し、軸体１の外周面に弾性層２が形成されたロール体を得る。

そして、その弾性層２の外周面（金型の型面の転写面）２ａに、レーザエッチングを施す。このレーザエッチングは、レーザ光をレンズ系により微小な点状に収束させ、弾性層２の外周面２ａにレーザ光密度の高い点状部分を形成することにより、その点状部分で弾性層２がレーザ光を吸収してアブレーション（溶発）を起こし、その点状部分に微小な上記凹部Ａを形成することができる。例えば、上記レンズ系をロール体の軸方向に沿って直線状に複数個配置することにより、上記レーザ光が点状に収束した点状部分を、弾性層２の外周面２ａに、軸方向に沿って一端縁から他端縁まで直線状に多数点在させるようにすると、それら点在部分を一度に上記凹部Ａに形成することができる。さらに、上記ロール体を断続的に軸周りに回転させ、その回転に同調させて断続的にレーザ光を照射すると、上記弾性層２の外周面２ａに多数の凹部Ａを分布形成することができる。または、１本のレーザ光を弾性層２の外周面（金型の型面の転写面）２ａに沿って走査させ、その走査の過程でレーザ光を断続的に照射するようにしてもよい。このようなレーザエッチングが可能な装置としては、例えば、ミヤチテクノス社製のFine Marker ML-7110Bがある。また、上記レーザ光としては、通常、Ｎｄ−ＹＡＧレーザまたはエキシマレーザが用いられる。

この凹部Ａの形成において、開口縁部の重なり度合いの設定は、隣接する凹部Ａと凹部Ａとの開口縁部が相互に重なり合うよう、レンズ系を調節してレーザ光の点状収束部分が所定間隔になるよう調節するとともに、ロール体の断続的回転が所定角度になるよう調節することにより行われる。また、重なり合う前の各凹部Ａの開口形状および凹面形状の形状寸法の設定は、レーザ光の出力，レンズによるレーザ光の収束度合い，照射時間等を調節することにより行われる。さらに、レーザエッチングする（凹部Ａを形成する）面積の割合（４５％以上８０％未満）の設定は、各凹部Ａの開口直径および隣り合う凹部Ａの重なり度合いに応じて、形成する凹部Ａの個数を調節することにより行われる。このようにして、上記弾性層２の外周面２ａに凹部Ａを分布形成することができる。

ついで、上記レーザエッチング処理面（凹部Ａ形成面）に、最外層３の形成材料を、ロールコーティング法，スプレーコーティング法，ディッピング法等により塗布した後、硬化させて最外層３を形成する。この最外層３の厚みは、上記弾性層２の外周面２ａに対するレーザエッチング処理（凹部Ａ形成）に起因して、最外層３の算術平均粗さ（Ｒａ）を１．４μｍ以上３．０μｍ以下に設定し易くなる観点から、５〜２０μｍ程度に設定することが好ましい。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。

このような現像ロールは、弾性層２の外周面２ａに対するレーザエッチング処理（凹部Ａ形成）におけるレーザ光の強度（レーザ光の出力，収束度合い，照射時間等）等の調節により、最外層３の算術平均粗さ（Ｒａ）が１．４μｍ以上３．０μｍ以下に設定されているため、実機での使用において、トナー搬送量を向上させることができ、高速印刷を行っても、充分な画像濃度を得ることができる。上記現像ロールにおける最外層３の算術平均粗さ（Ｒａ）が１．４μｍを下回ると、高速印刷の際に、現像ロールによるトナー搬送量が不充分となり、画像濃度が薄くなることがある。逆に、３．０μｍを上回ると、トナー搬送量が多くなり過ぎ、かぶり現象が発生するおそれがある。このような観点から、上記最外層３の算術平均粗さ（Ｒａ）の好適な範囲は、１．５μｍ以上２．２μｍ以下である。また、最外層３の外周面の粗面化が硬質粒子によるものではないため、トナーに大きなストレスを与えないようにすることができ、フィルミング，かぶり現象等の不具合の発生も防止することができる。

つぎに、本発明の現像ロールを構成する軸体１，弾性層２，最外層３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、中実でも中空でもよい。また、上記軸体１の材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、鉄，鉄にめっきを施したもの，ステンレス，アルミニウム等があげられる。そして、上記軸体１の表面には、通常、接着剤やプライマー等が塗布される。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。

上記弾性層２の形成材料としては、通常、下記の主材料に導電剤が含有されているものが用いられる。すなわち、その主材料としては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリウレタン系エラストマー，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），シリコーンゴム，アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ），水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ），クロロプレンゴム（ＣＲ）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観点から、シリコーンゴムを用いることが好ましい。また、必要に応じて、シリコーンオイル，加硫剤，加硫促進剤，滑剤，助剤等を適宜に添加してもよい。

上記最外層３の形成材料としては、下記の主材料に導電剤が含有されているものが用いられる。すなわち、その主材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、ウレタン樹脂，ポリアミド樹脂，アクリル樹脂，アクリルシリコーン樹脂，ブチラール樹脂（ＰＶＢ），アルキッド樹脂，ポリエステル樹脂，フッ素ゴム，フッ素樹脂，フッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物，シリコーン樹脂，シリコーングラフトアクリルポリマー，アクリルグラフトシリコーンポリマー，ニトリルゴム，ウレタンゴム等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。なかでも、耐摩耗性の観点から、ウレタン樹脂が好ましい。

なお、上記実施の形態では、凹部Ａの分布形成を、凹部Ａの開口縁部が重なり合うような状態で交叉列状に（ランダムに）形成したが（図２参照）、参考形態としては、例えば、図３に示すように、凹部Ａの開口縁部が重なり合うような状態で凹部Ａを列状に設け、この列状体を所定間隔を保って複数列並列形成してもよいし、図４に示すように、凹部Ａの開口縁部が重なり合うような状態で凹部Ａを複数個集合させ、この集合体を所定間隔を保って複数個形成してもよい。

また、上記実施の形態において、場合により、弾性層２と最外層３との間には、中間層を形成してもよい。この中間層の形成材料としては、通常、下記の主材料に導電剤が含有されているものが用いられる。すなわち、その主材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、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：Ｈ−ＮＢＲ），アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ニトリルゴム：ＮＢＲ），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），アクリルゴム（ＡＣＭ），イソプレンゴム（ＩＲ），スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ），ヒドリンゴム（ＥＣＯ，ＣＯ），ウレタンゴム，フッ素ゴム等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。なかでも、接着性およびコーティング液の安定性の観点から、Ｈ−ＮＢＲ，ポリウレタン系エラストマーが特に好ましい。

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１〜６、比較例１〜４〕
〔軸体〕
外径８ｍｍ、長さ３５０ｍｍの鉄製の中実円柱状の軸体を準備した。

〔弾性層の形成材料〕
導電性シリコーンゴム（Ｘ３４−２７０Ａ／Ｂ、信越化学工業社製）をニーダーにより混練して弾性層の形成材料を調製した。

〔最外層の形成材料〕
ポリカーボネートジオール系ウレタン樹脂（ニッポラン５１９６、日本ポリウレタン社製）１００重量部に対して、カーボンブラック（デンカブラックＨＳ−１００、電気化学工業社製）４０重量部の割合で用い、ボールミルにより混練した後、ＭＥＫ４００重量部を加えて混合，攪拌して最外層の形成材料を調製した。

〔現像ロールの作製〕
まず、上記軸体および弾性層の形成材料を用いて金型成形（１４５℃×３分間）することにより、軸体の外周面に弾性層（厚み３ｍｍ）を形成した。そして、その弾性層の外周面（金型の型面の転写面）に、Ｎｄ−ＹＡＧレーザを用いてレーザエッチングを施すことにより、多数の凹部を開口縁部が重なるようランダムに分布形成した。この凹部形成において、後記の表１，２に示すように、各凹部の開口直径，深さおよび１ｃｍ²当たりの凹部の個数を様々変えて、レーザエッチングする（凹部を形成する）面積の割合を様々に設定した。つぎに、各レーザエッチング処理面に、上記最外層の形成材料をロールコーティング法により塗工した後、乾燥（硬化）させ、最外層（厚み０．０１ｍｍ程度）を形成した。このようにして、実施例１〜６および比較例１〜４の各現像ロールを作製した。なお、上記レーザエッチングには、レーザエッチング装置としてミヤチテクノス社製のFine Marker ML-7110Bを用いた。

ここで、後記の表１，２に示した凹部の開口直径は、弾性層の外周面を電子顕微鏡で見て、各凹部の最大径と最小径の平均値をとり、それを任意の１０個の凹部で測定し、それらの平均値を算出した。上記凹部の深さは、弾性層を厚み方向に切断し、その断面を電子顕微鏡で見て、凹部の深さを任意の１０個の凹部で測定し、それらの平均値を算出した。上記１ｃｍ²当たりの凹部の個数は、弾性層の外周面を電子顕微鏡で見て、任意の１０箇所の１ｃｍ²部分で凹部の個数を測定し、それらの平均値を算出した。レーザエッチングする（凹部を形成する）面積の割合は、上記凹部の開口直径と１ｃｍ²当たりの凹部の個数とから算出した。

〔現像ロールの表面粗さ〕
上記各現像ロールの最外層の両端からそれぞれ軸方向内側５ｍｍの位置および軸方向中央の３つの位置において、それぞれの位置の外周の任意の３点での算術平均粗さ（Ｒａ）を、表面粗さ計（東京精密社製、サーフコム１４００Ｄ）を用いて測定した（各点での測定距離：４ｍｍ）。そして、その合計９点（３点×３つの位置）での算術平均粗さ（Ｒａ）の平均値を算出し、その結果を下記の表１，２に併せて表記した。

〔画像濃度〕
上記各現像ロールを実機（ＨＰ社製、ＣＬＪ３８００ｄｎ）に組み込み、ベタ画像の画像出しを行った。そして、その画像濃度をマクベス濃度計を用いて測定し、その結果を下記の表１，２に併せて表記した。

〔かぶり現象の有無〕
さらに、画像出しを、３２．５℃，８５％ＲＨの環境下で、印字面積が５％の印字パターンにて８０００枚行った後、感光ドラム表面の白地部の濃度をマクベス濃度計を用いて測定した。その結果、その濃度が０．２５未満のものはかぶり現象（上記感光ドラム表面の白地部へのトナー付着）が発生していないとして○、濃度が０．２５以上のものはかぶり現象が発生したとして×と評価し、下記の表１，２に併せて表記した。

上記表１，２の結果から、実施例１〜６の現像ロールを用いると、比較例１〜３の現像ロールと比較して、画像濃度が高くなることがわかる。また、比較例４の現像ロールを用いると、画像濃度は高くなるものの、算術平均粗さ（Ｒａ）が３．０μｍを上回っているため、トナー搬送量が多くなり過ぎ、かぶり現象が発生した。

本発明の現像ロールの一実施の形態を模式的に示した説明図である。上記現像ロールの弾性層の表面を拡大して模式的に示した説明図である。上記弾性層の表面の凹部の分布形成の他の態様を模式的に示した説明図である。上記弾性層の表面の凹部の分布形成のさらに他の態様を模式的に示した説明図である。電子写真機器における複写機構の一部を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１軸体
２弾性層
２ａ外周面
３最外層
Ａ凹部

Claims

軸体と、この軸体の外周面に形成された弾性層と、この弾性層の外周に直接もしくは他の層を介して形成された最外層とを有する現像ロールであって、上記弾性層の外周面に、レーザエッチングによる多数の凹部が、その開口縁部が重なり合った状態でランダムに分布形成され、上記凹部が形成された部分が、元の外周面の表面積の４５％以上８０％未満の範囲内に設定され、上記凹部形成に起因する、上記最外層の算術平均粗さ（Ｒａ）が１．４μｍ以上３．０μｍ以下の範囲内に設定されていることを特徴とする現像ロール。
上記弾性層の外周面に形成された各凹部が、開口直径８０μｍ以上１４０μｍ以下の範囲内、深さ４μｍ以上１２μｍ以下の範囲内にある請求項１記載の現像ロール。
上記凹部の重なり度合いが、各凹部の開口直径の０〜４０％の範囲内での重なり合いになっている請求項１または２記載の現像ロール。