JP5779613B2 - 現像剤供給ローラおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置、とりわけ電子写真方式による画像形成装置において使用される現像剤供給ローラ及びその製造方法に関するものである。

従来、複写機やプリンター等の電子写真方式の画像形成装置などにおいて、静電潜像を保持した感光体等の画像形成体に一成分現像剤を供給し、該現像剤を潜像に付着させて可視化する画像形成方法として、図１に示す方法がある。
すなわち、図１では、現像剤供給ローラ３と静電潜像を保持した感光体１との間に現像ローラ２が配設してあり、転写材８を介して、感光体１は転写ローラ５に当接している。転写材８が通過していない時は、転写ローラ５は感光体１と直接、当接している。現像剤供給用ローラ３、現像ローラ２及び感光体１を矢印方向に回転させることにより、現像剤が現像剤供給用ローラ３により、現像ローラ２の表面に供給され、層規制ブレード４によって均一な薄層に整えられた後、感光体１上の静電潜像に付着し、該潜像が可視化される。そして感光体１と転写ローラ５との間に電界を発生させることにより、感光体１上の現像剤像を転写材８に転写させる。また６はクリーニングローラであり、このクリーニングローラ６により、転写後に感光体１表面に残留する現像剤が除去される。なお７は帯電ローラである。

上述のような、電子写真方式の非磁性一成分現像画像形成装置に用いられる現像剤供給ローラ３としては、高分子発泡材料で鋼材軸を被覆したローラが用いられている。現像剤供給ローラには、低硬度であり、現像ローラを汚染することなく、かつ現像剤と融着しないことが求められる。
ここで、高分子発泡材料を構成する材料は、シリコーンゴム、エピクロルヒドリンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム等の固形ゴムを化学発泡剤で発泡させると共に加硫硬化させた発泡ゴムや、ポリオール等の液状原料をイソシアナートと反応硬化させると共に機械的撹拌により気泡を混入させて発泡させたり、水などの発泡剤を添加して発泡させたポリウレタン発泡樹脂等が用いられている。

上記材料からなる画像形成装置部材は、導電性を有することが求められる場合もあり、例えばカーボンブラック、金属酸化物等の導電材を混合したり、電解質を添加したりすることにより所定の電気抵抗値に調整される。これらの中で導電材によっても電解質によっても導電性を付与することができ、かつ電解質を液状原料に溶解して使用することができる利点があることから、ポリオールとポリイソシアナートを主原料として生成されるポリウレタン樹脂が現像剤供給ローラの発泡高分子材料として好適である（特許文献１参照）。

現像剤供給ローラの機能は３つあり、現像ローラ上に残っている未現像現像剤の除去、新たな現像剤の現像ローラ上への供給、現像剤の帯電量制御である。未現像現像剤の除去と新たな現像剤の供給は現像剤供給ローラの硬度、高分子発泡材料のセル数、電気的な制御を加えた場合は現像剤供給ローラの電気抵抗に影響される。

特開２００１−４２６３０号公報

近年、画像形成装置の高速化と現像装置を交換せずに印字する枚数の増加にともない、未現像現像剤の除去能力を高めると共に、高速度に追従して充分な現像剤を供給できる現像剤供給ローラが求められている。そのためには現像剤供給ローラの硬度を高めることが有効であるが、現像剤供給ローラの硬度を高め過ぎると、現像装置を交換せず何枚も印字していると現像剤の帯電状態が異常となり、カスレやスジ画像などの画像不良が発生する。また高分子発泡材料のセル数を増やしセル径を細かくすると未現像現像剤の除去能力は向上するが、新たな現像剤の供給量は低下し、高分子発泡材料のセル数を減らしてセル径を大きくすると、新たな現像剤の供給量は増大するが、未現像現像剤の除去能力は低下する。
このような状況下、未現像現像剤の除去能力が高く、かつ高速度に追従して充分な現像剤を供給できる現像剤供給ローラ及びその製造方法を提供することが本発明の課題である。

本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、高分子発泡材料の表面の面粗さを所定の粗さより粗くすることで、未現像現像剤を効率的に除去しつつ、新たな現像剤を効率的に供給できることを見出した。

すなわち、本発明は、
［１］表面が高分子発泡材料である画像形成装置の現像剤供給ローラにおいて、以下に定義される面粗度が６０μｍ以上、１４０μｍ未満であることを特徴とする現像剤供給ローラ、
面粗度；測定長さ４０ｍｍ、測定間隔１ｍｍ、測定点数４０点とし、全測定点の基準線からの変位の標準偏差、及び
［２］高分子発泡材料を砥石により研磨して表面を仕上げる現像剤供給ローラの製造方法において、砥石としてＲＦ砥石を用い、かつ該ＲＦ砥石の回転数を８００ｒｐｍ以上、２０００ｒｐｍ以下として研磨することを特徴とする上記［１］記載の現像剤供給ローラの製造方法、
を提供するものである。

本発明によれば、未現像現像剤の除去能力が高く、かつ高速度に追従して充分な現像剤を供給できる現像剤供給ローラ及びその製造方法を提供することができる。

電子写真方式の画像形成装置の一例を示す説明図である。 面粗度の測定方法を示す概念図である。 ＲＦ砥石の表面性状を示す写真である。 ＮＸ砥石の表面性状を示す写真である。

本発明の現像剤供給ローラは、金属ローラの表面を高分子発泡材料で覆った画像形成装置の現像剤供給ローラであり、該高分子発泡材料の表面の面粗度が６０μｍ以上、１４０μｍ未満であることを特徴とする。
ここで、材料表面の面粗さは通常ＪＩＳ Ｂ０６０１などで規定されるが、現像剤供給ローラ表面は高分子発泡材料であるためセルが存在しており、面粗さが探針によって測定できない。そこで本発明では、測定長さ４０ｍｍ、測定間隔１ｍｍ、測定点数４０点とし、全測定点の基準線からの変位の標準偏差を面粗度と定義する。

以下、面粗度について詳述する。本発明の現像剤供給ローラは、表面粗度の品質管理が肝要であるが、探針を用いた面粗度測定装置は高分子発泡材料のセル部に探針がひっかかってしまい、測定ができない。そこで、本発明では、レーザー寸法測定器を用いて、基準線からの変位を測定することで評価した。
当該評価に際し、カスレやスジなどの不具合画像とこの評価方法における測定値とが良好な対応関係を示し、かつ該測定値が安定する条件を探し出す必要があった。本発明者が鋭意検討した結果、画像の良否と測定値との良好な対応関係を得るには測定点間の距離が重要であり、測定点間の距離（以下「測定間隔」と称する）を０．５ｍｍ〜３ｍｍとし、２０点以上の測定点、より好ましくは３０点以上の測定点が必要であることがわかった。測定間隔が３ｍｍを超えると、不具合画像との対応が得られなくなり、測定間隔を０．５ｍｍ未満とすると、測定自体のばらつきが大きくなって、測定の再現性が得られなくなる。
本発明では、測定長さ４０ｍｍ、測定間隔１ｍｍ、測定点数４０点とし、全測定点の基準線からの変位の標準偏差で評価することとした。なお、基準線の決定方法は、全測定点に対し最小二乗法で直線を引いたものを基準線とした。

上記評価方法に用いる測定は、より具体的には、図２に示すように測定するものである。図２の上図は本発明の現像剤供給ローラを示す概念図であり、下図は測定方法を示す概念図である。測定線１３はレーザ光を表しており、線状のレーザ光を矢印の方向に走査して、Ｌ１から１ｍｍ間隔でＬ２、Ｌ３の順にＬ４０まで４０点の測定をする。したがって、全体として測定長さは４０ｍｍとなる。なお、ここでは株式会社ミツトヨ製レーザ寸法測定装置を用いた。
次いで、図２の破線に示すように、最小二乗法により基準線を設け、該基準線と各測定点の差、すなわち全測定点の基準線からの変位の標準偏差を計算し、これを面粗度とするものである。

なお、前記の測定方法は、現像剤供給ローラ１本に対し３０秒程度の時間を要する。ローラの品質に関しては、ＪＩＳ Ｚ９０１５に記載されるＡＱＬ（Acceptable Quality Level）抜き取り検査で画像品質を保証できる。すなわち、研磨機１台で１直に生産する現像剤供給ローラを１ロットとし、ＪＩＳ Ｚ９０１５付表A１の通常検査水準Ｉのサンプル文字を選択し、なみ検査の抜き取り表でサンプル数を定め、なみ検査のロット判定基準に従ってロットの合否を判定すればよい。この場合、合格品質水準は０．１以上１．０以下、より好ましくは０．４とすれば、検査工数と品質不適合の発生頻度が許容範囲となる。ロット不合格が発生した場合は、きつい検査に移行する必要があり、なみ検査の抜き取り頻度で検査を継続すると、品質不適合の発生頻度が許容できなくなる。きつい検査で３ロット連続して不適合が発生しない場合は、なみ検査に戻しても品質不適合の発生頻度は許容範囲に収めることができる。また、なみ検査で３ロット連続して品質不適合ロットが発生しない場合は、ゆるい検査に移行しても、品質不適合の発生頻度は許容範囲に収めることができる。ゆるい検査で不適合ロットが発生した場合は、なみ検査に戻す必要があり、ゆるい検査を継続すると、品質不適合の発生頻度が許容できなくなる。更に、３ロットの表面粗度の工程能力指数を算出し、工程能力指数が１．３３以上であれば、特別検査水準Ｓ−１を採用してもよく、品質不適合の発生頻度は許容範囲に収めることができる。

本発明の現像剤供給ローラは、上記で定義された面粗度が６０μｍ以上、１４０μｍ未満であることを特徴とする。面粗度が６０μｍ未満であると充分な現像剤を供給することができず、高速で画像を印字した際のカスレの原因となる。一方、面粗度が１４０μｍ以上であると未現像現像剤の除去能力が十分でなく、現像装置を交換せずに印字する枚数を増加させることができない。
以上の観点から、面粗度は７０μｍ以上、１２０μｍ未満であることが好ましい。特に、８０μｍ以上、１２０μｍ未満という面粗度を指標として管理すると好適な画像を維持できる。

上記の表面粗度を持つ高分子発泡材料からなる現像剤供給ローラを製造するためには、
（１）所定の面粗度の金型内で高分子発泡材料を硬化させる方法、
（２）所定の面粗度の金型内にやや大きめの硬化した高分子発泡材料を入れて加熱変形(型付け)させる方法、及び
（３）研削ないし研磨加工で硬化した高分子発泡材料の表面粗度を所定の面粗度に仕上げる方法、
がある。
これらのうち、（１）の方法は、金型によって面粗度を所定値に保つ方法であり、金型内面の粗さを綿密に測定する必要があって、その管理が容易ではない。また、（２）の方法は高温に曝した場合に変形戻りする点でその管理が容易ではない。これに対し、金型維持管理を必要としない点、また高温暴露で変形戻りがない点で、（３）研削ないし研磨加工で、高分子発泡材料の表面粗度を調整する方法が有利である。

上記（３）の方法、すなわち、高分子発泡材料を砥石により研削して表面を仕上げて現像剤供給ローラを製造する方法において、本発明は、ＲＦ砥石を使用し、従来の使用方法では使用されない低速での研磨をすることで、本発明の特定の面粗度を有する現像剤供給ローラが簡便な方法で得られ、かつその生産管理が容易であることを見出したものである。
具体的には、研磨機の砥石回転数を８００ｒｐｍ以上、２０００ｒｐｍ以下、より好ましくは８００ｒｐｍ以上、１０００ｒｐｍ以下として研磨することにより、上記面粗度を有する現像剤供給ローラを得ることができる。

ここでＲＦ砥石とは、図３に示すような、表面が剣山状の金属砥石である。このような砥石を、本発明の研磨条件で用いれば、本発明の高分子発泡材料の表面粗度を有する現像剤供給ローラを簡便にかつ歩留まりよく製造することができる。

一方、ＲＦ砥石を用いても、ＲＦ砥石の通常の研磨条件である５０００〜７０００ｒｐｍでは、上述の面粗度が６０μｍ未満となり、本発明の現像剤供給ローラを得ることはできない。
また、ＲＦ砥石を用いて２０００超〜５０００ｒｐｍで研磨した場合、セル数が６０個／２５ｍｍ未満の高分子発泡材料であれば、本発明の面粗度を有する現像剤供給ローラを製造し得るが、セル数６０個／２５ｍｍ未満の高分子発泡材料では、安定して本発明の面粗度を有する現像剤供給ローラを製造し得ない。

またゴムローラ研磨に通常用いられるＧＣ６０、ＧＣ８０、ＮＸ６０、ＮＸ８０等の砥石を用い、砥石回転数１０００〜２０００ｒｐｍで研磨すると、面粗度が６０μｍ以下となる。なお、ＧＣ６０、ＧＣ８０、ＮＸ６０、ＮＸ８０等の砥石は、質量が大きいため２０００ｒｐｍ以上の回転数で研磨作業ができず、また、１０００ｒｐｍ以下の回転数では、高分子発泡材料表面に螺旋状の研磨模様が発生してしまい、現像剤供給ムラによる画像の不具合を生ずる。
図４は、ＮＸ砥石の表面性状を示す写真で、多孔質の焼結セラミックスである。また、ＧＣ砥石も同様の性状であって、このような砥石では本発明の現像剤供給ローラを製造し得ない。

本発明の現像剤供給ローラの表面の高分子発泡材料は、特に制限はないが、シリコーンゴム、エピクロルヒドリンゴム、アクリロニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、ポリウレタン樹脂等が好適である。これらの高分子発泡材料は、１種を単独で用いてもよいし、または複数種を混合して用いてもよい。高分子発泡材料のかさ比重は、０．０３〜０．２が好ましい。かさ比重が０．０３以上であると、フォーム内部で骨格の占める部分が少なくなり過ぎることがなく、現像戻り現像剤の除去が可能となる。特にかさ比重が０．０６以上であると、現像戻り現像剤除去の点で更に好ましい。一方、密度が０．２以下であると、長期間使用した後の現像剤の劣化（現像剤の異常帯電発生頻度の上昇）が抑制できる点で有利であり、かさ比重が０．１２以下であると更に現像剤劣化が抑制され、より好ましい。すなわち、高分子発泡材料のかさ比重は、０．０６〜０．１２の範囲がさらに好ましい。
発泡材料を得る方法は、化学発泡剤による方法、機械的に空気や不活性ガスを混入する方法が用いられ、特に水を発泡剤としポリイソシアナートとの反応で二酸化炭素を発生させる水発泡ポリウレタン樹脂が好適に用い得る。
また、本発明における高分子発泡材料は、セル数が６０個／２５ｍｍ以上、より好ましくは７０個／２５ｍｍ以上、更に好ましくは８０個／２５ｍｍ以上であることが好ましい。セル数が６０個／２５ｍｍ以上であると、安定的に本発明の面粗度を有する現像剤供給ローラを製造することができる。

現像剤供給ローラに用いる発泡高分子材料に導電性を付与する方法は、高分子材料にカーボンブラックや金属粉、導電性金属酸化物などの導電性紛体を添加する方法、高分子材料が極性高分子である場合にはアルカリ金属やアルカリ土類金属や第4級アンモニウムなどの塩基と塩酸、過塩素酸、アルキル硫酸などの酸根からなる電解質を添加する方法、発泡高分子材料をアクリル等の樹脂にカーボンブラック等の導電材を添加した導電性塗料でコーティングする方法を用い得る。

現像剤供給ローラの軸は、硫黄快削鋼や鉛快削鋼を所定の形状に切削加工した後、無電解ニッケルメッキを施した軸や、ステンレスを所定の形状に切削加工した軸が用い得る。
現像剤供給ローラを構成する発泡高分子材料と軸は、接着剤を用いて固定することができる。接着剤に制限は無いが、エポキシ系接着剤やシアノアクリレート系接着剤、ポリウレタンやエチレン酢酸ビニル共重合体などからなる熱融着接着剤を好適に用い得る。

高分子発泡材料を用いて現像剤供給ローラを製造する方法は、公知の方法を用い得る。例えば、特許第4916129号記載の方法で製造することができる。より具体的には、以下の（１）〜（３）の方法により製造することができる。
（１）高分子発泡材料に軸挿入用の穴をあけておく。
（２）金属軸にフィルム状の熱溶融ポリウレタン接着剤を巻きつけ、先の高分子発泡材料を挿入した後、加熱して軸と高分子発泡材料を接着する。
（３）室温程度まで冷却した後に、市販のゴムロール専用円筒研削盤を用いて高分子発泡材料を所定の寸法に研磨する。

次に、本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
各実施例、比較例における各種測定は下記の方法により行なった。

実施例１
ブリヂストン化成品（株）製ポリウレタンフォーム「HPN70」を、長さ58mm×幅510mm×厚さ18mmに裁断し、ライオン（株）製ライオンペースト「W-311N」を26.9%、信越化学工
業（株）製消泡剤「KS-502」を0.2%、エネックス（株）製アクリルバインダー水溶液18.1%、精製水54.8%からなる導電性塗料を染み込ませた後、150℃で1時間乾燥硬化させた。このポリウレタンフォームのかさ比重は0.065、硬度はAsk F 80゜、セル数は70個/25mm、電圧1Vでの体積抵抗は10⁴ [Ωcm]だった。
次いで、φ6mmのSUM23鋼材軸に無電解ニッケルメッキ6μmを施した軸を100℃に予熱し、ダイセルファインケム（株）製接着性フィルム「サーモライト6501」を240mm×20mmに裁断して巻きつけ、140℃で30分間加熱し、冷却した。この軸に、前記ポリウレタンフォームを240mm×18mm×18mmの大きさに裁断、特許第4916129号記載の方法でφ5.0mmの穴を中央部にあけたもので被覆し、130℃で90分間加熱した後冷却して、軸とポリウレタンフォームを接着した。
この軸に接着したポリウレタンフォームを、305×40×76.2 mmの60番ＲＦ砥石を装着した市販のゴムロール専用円筒研削盤で、砥石回転数1,000rpm、ポリウレタンフォーム回転数2,500rpm、砥石移動速度往路2,000 [mm/min]、復路3,000 [mm/min]でφ15mmの円筒状に研磨し、現像剤供給ローラを作製した。この現像剤供給ローラの面粗度は１００μｍであった。
この現像剤供給ローラを装着した非磁性一成分電子写真方式画像形成装置は、長期間に渡って画像カスレやスジを発生せず、良好な画像を提供した。

比較例１
砥石回転数を6,500rpmとしたこと以外は、実施例１と同様にして、現像剤供給ローラを作製した。この現像剤供給ローラの面粗度は４０μｍであった。この現像剤供給ローラを装着した非磁性一成分電子写真方式画像形成装置は、黒ベタ画像を印字した際、画像後端で白縦スジを生じた。トナー供給能力が不足したものと思われる。

実施例２
特許第2855335号に記載した方法でポリウレタンフォームを作成し、長さ240mm×18mm×18mmに裁断した。このポリウレタンフォームのかさ比重は0.105、硬度はAsk F 70゜、セル数は80個/25mm、電圧100Vでの体積抵抗は10⁴ [Ωcm]だった。実施例1と同様にして、現像剤供給ローラを作製した。この現像剤供給ローラの面粗度は９５μｍであった。この現像剤供給ローラを装着した非磁性一成分電子写真方式画像形成装置は、長期間に渡って画像カスレやスジを発生せず、良好な画像を提供した。

比較例２
砥石を760×75×304.8mmの60番GC砥石とし、ポリウレタンフォーム回転数300rpm、砥石移動速度往路900 [mm/min]、復路1,400 [mm/min]でφ15mmの円筒状に研磨した他は、実施例１と同様にして、現像剤供給ローラを作製した。この現像剤供給ローラの面粗度は４０μｍであった。この現像剤供給ローラを装着した非磁性一成分電子写真方式画像形成装置は、黒ベタ画像を印字した際、画像後端でカスレを生じた。トナー供給能力が不足したものと思われる。

本発明の現像剤供給ローラによれば、高速画像形成装置の現像装置を長期間に渡って画像不良を発生させない様に製造でき、画像形成装置部品として好適である。

１．感光体
２．現像ローラ
３．現像剤供給ローラ
４．層規制ブレード
５．転写ローラ
６．クリーニングローラ
７．帯電ローラ
８．転写材
１１．軸
１２．ゴムローラ（高分子発泡材料）
１３．測定線（レーザ光）

Claims (2)

1. 高分子発泡材料を砥石により研磨して表面を仕上げる現像剤供給ローラの製造方法において、砥石として表面が剣山状の金属砥石を用い、かつ該金属砥石の回転数を８００ｒｐｍ以上、２０００ｒｐｍ以下として研磨することを特徴とする、表面が高分子発泡材料である画像形成装置の現像剤供給ローラにおいて、以下に定義される面粗度が６０μｍ以上、１４０μｍ未満である現像剤供給ローラの製造方法。
   面粗度；測定長さ４０ｍｍ、測定間隔１ｍｍ、測定点数４０点とし、全測定点の基準線からの変位の標準偏差
2. 回転数が８００ｒｐｍ以上、１０００ｒｐｍ以下である請求項１に記載の現像剤供給ローラの製造方法。