JP2005352017A - 現像ローラ及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】量産に長い乾燥ラインを必要とせず、弾性層の研磨工程が不要で且つ樹脂層が表面に適度な微小凹凸を有し、長時間使用しても表面が削れ難く、耐久性に優れた現像ローラを提供する。
【解決手段】シャフト２と、シャフト２の外周に形成された弾性層３と、弾性層３の外周面に形成された少なくとも一層の紫外線照射又は電子線照射で硬化させた樹脂層４とを備えた現像ローラ１において、樹脂層４中に微粒子５を分散含有させ、微粒子５の最大粒径ａと樹脂層４の厚さｂとの比ａ／ｂを1.0〜5.0とすると共に、樹脂層４にケイ素を含ませる。該現像ローラ１においては、微粒子５の平均粒径が1〜30μmであるのが好ましく、微粒子５の粒径分布が1〜50μmの範囲内であるのが好ましく、微粒子５の含有量が樹脂層４の樹脂100質量部に対して0.1〜100質量部であるのが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、現像ローラ及び該現像ローラを備えた画像形成装置に関し、特に複写機、プリンタ等の電子写真装置や静電記録装置等の画像形成装置に用いられる現像ローラに関するものである。

複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置においては、潜像を保持した感光ドラム等にトナーを供給し、感光ドラムの潜像に該トナーを付着させて潜像を可視化する現像方法として、加圧現像法が知られている。該加圧現像法においては、例えば、感光ドラムを一定電位に帯電した後、露光機により感光ドラム上に静電潜像を形成し、更に、トナーを担持した現像ローラを、静電潜像を保持した感光ドラムに接触させて、トナーを感光ドラムの潜像に付着させることで現像を行う。

上記加圧現像法において、現像ローラは、感光ドラムに密着した状態を確実に保持しながら回転しなければならないため、金属等の良導電性材料からなるシャフトの外周に、シリコーンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、エピクロロヒドリンゴム（ＥＣＯ）、ポリウレタン等のエラストマーにカーボンブラックや金属粉を分散させた半導電性の弾性体やこれらを発泡させた発泡体からなる半導電性弾性層を形成した構造となっている。また、トナーに対する帯電性や付着性の制御、弾性層による感光ドラムの汚染防止等を目的として、上記弾性層の表面に、更に樹脂層を形成する場合がある。

従来、上記樹脂層は、現像ローラを溶剤系若しくは水系の塗工液中にディップ又は該塗工液を現像ローラにスプレーした後に、熱又は熱風で乾燥硬化して形成されているが、この場合、長時間の乾燥が必要なため、量産には長い乾燥ラインが必要である。また、上記樹脂層は、その用途から微妙な導電性及び表面状態が要求されるが、乾操ライン内の温度分布及び風量等のバラツキが樹脂層の性能に大きく影響するため、品質上の問題があった。これに対し、長い乾燥ラインを必要とせず、安定した品質の樹脂層を形成する手法として、現像ローラの弾性層の表面に紫外線照射で硬化して樹脂層になる化合物を塗布し硬化させて樹脂層を形成する技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００２−３１０１３６号公報

ところで、上記現像ローラは、所定量のトナーをローラ表面に均一に保持できるのが好ましい。ここで、ローラ表面に保持されるトナー量は、帯電したトナーが有する電荷に起因する電気的な力及びローラ表面の凹凸によって主に決定される。そのため、現像ローラ表面上の微小な凹凸を制御して、現像ローラのトナー搬送量を調整することで、優れた現像特性を確保することができる。従来、現像ローラの製造においては、基材を研磨してローラ形状としていたため、研磨目が良好な微小凹凸を有し、その上に樹脂層を形成していたため、樹脂層も適度な微小凹凸を有していた。これに対し、研磨工程を省き、現像ローラの生産性を改善するために、シャフトを配置したモールドに弾性層の原料を注入してローラ本体を作製する技術が知られているが、この場合、弾性層の外周面が、モールドのキャビティ面と同様に平滑になり、その上に形成される樹脂層も平滑になるという問題があった。

また、弾性層の外周面に紫外線照射で硬化する化合物を塗布し硬化させて樹脂層を形成してなる現像ローラは、ローラ表面の摩擦抵抗が大きいため、使用条件によってはローラ表面が摩耗し易いという問題があった。そのため、かかる現像ローラが組み込まれた画像形成装置を長時間使用すると、現像ローラの表面が削れ、画像不良を発生し易くなるという問題があった。

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、量産に長い乾燥ラインを必要とせず、弾性層の研磨工程が不要で且つ樹脂層が表面に適度な微小凹凸を有し、長時間使用しても表面が削れ難く、耐久性に優れた現像ローラを提供することにある。また、本発明の他の目的は、かかる現像ローラを備え、長期に渡って良好な画像を安定的に形成することが可能な画像形成装置を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、弾性層の表面に樹脂層を配設した現像ローラにおいて、紫外線照射又は電子線照射により硬化して樹脂層となる化合物に特定の最大径を有する微粒子を分散含有させると共に該樹脂層にケイ素を含有させ、樹脂層を紫外線照射又は電子線照射で形成することで、量産に長い乾燥ラインが不要で、乾操ライン内の温度分布及び風量等のバラツキによる樹脂層の性能のバラツキを排除でき、また、樹脂層が表面に適度な微小凹凸を有し、更には、ローラ表面の摩擦抵抗が低く、長期間使用しても表面が摩耗し難い現像ローラが得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。

即ち、本発明の現像ローラは、シャフトと、該シャフトの外周に形成された弾性層と、該弾性層の外周面に形成された少なくとも一層の紫外線照射又は電子線照射で硬化させた樹脂層とを備えた現像ローラにおいて、
前記樹脂層中に微粒子が分散含有されており、該微粒子の最大粒径ａと樹脂層の厚さｂとの比ａ／ｂが1.0〜5.0であり、且つ前記樹脂層がケイ素を含むことを特徴とする。ここで、樹脂層の厚さｂとは、紫外線照射又は電子線照射で硬化させた、現像ローラの樹脂層の平均厚さを指す。なお、平均厚さは10箇所における層厚の平均値である。層厚の測定は、表層を設けた現像ローラを切断し、マイクロスコープにて行った。

本発明の現像ローラにおいては、前記紫外線照射又は電子線照射で硬化させた樹脂層を、紫外線照射又は電子線照射の後に加熱して残存未反応化合物を硬化させることが好ましい。この場合、樹脂層中に未反応化合物が残留するのを確実に防止することができる。

本発明の現像ローラにおいては、前記紫外線照射又は電子線照射で硬化させた樹脂層を、紫外線照射又は電子線照射の後にマイクロ波加熱して残存未反応化合物を硬化させることも好ましい。この場合も、樹脂層中に未反応化合物が残留するのを確実に防止することができる。

本発明の現像ローラにおいては、前記微粒子の平均粒径が1〜30μmであるのが好ましく、前記微粒子の粒径分布が1〜50μmの範囲内であるのが好ましく、前記微粒子の含有量が前記樹脂層の樹脂100質量部に対して0.1〜100質量部であるのが好ましい。

本発明の現像ローラの他の好適例においては、前記樹脂層の厚さｂが1〜40μmであるのが好ましい。この場合、現像ローラ表面が硬くなり過ぎるのを防止しつつ、摩擦による現像ローラ表面の帯電性能の劣化を防止することができる。

本発明の現像ローラの他の好適例においては、前記微粒子がゴム又は合成樹脂の微粒子、或いはガラス状カーボン微粒子である。ここで、ゴム又は合成樹脂の微粒子としては、シリコーンゴム微粒子、シリコーン樹脂微粒子、フッ素樹脂微粒子、ウレタンエラストマー微粒子、ウレタンアクリレート微粒子、メラミン樹脂微粒子、フェノール樹脂微粒子、（メタ）アクリル系樹脂微粒子及びスチレン系樹脂微粒子が好ましい。

本発明の現像ローラの他の好適例においては、前記樹脂層が導電剤を含有する。この場合、樹脂層の電気抵抗を低下させて、現像特性を向上させることができる。ここで、該導電剤の含有量は、前記樹脂層の樹脂100質量部に対して0.01〜20質量部であるのが好ましい。

本発明の現像ローラの他の好適例においては、前記弾性層が金型中で成形されたものであり、該弾性層の外周面を研磨する必要がない。また、弾性層の形成後、弾性層の外周面に直接前記樹脂層を形成することができる。弾性層が平滑であっても、本発明の現像ローラは、樹脂層が適度な微小凹凸を有するため、所定量のトナーをローラ表面に均一に保持できる。

また、本発明の画像形成装置は、上記現像ローラを備えることを特徴とする。

本発明によれば、弾性層の表面に紫外線照射又は電子線照射で硬化させた樹脂層が配設された現像ローラにおいて、該樹脂層に特定の最大径を有する微粒子を分散含有させると共に該樹脂層にケイ素を含有させることで、量産に長い乾燥ラインを必要とせず、樹脂層が表面に適度な微小凹凸を有し、長時間使用しても表面が削れ難く、耐久性に優れた現像ローラを提供することができる。また、かかる現像ローラを備え、長期に渡って良好な画像を安定的に形成することが可能な画像形成装置を提供することができる。

以下に、本発明の現像ローラを、図を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の現像ローラの一例の断面図である。図示例の現像ローラ１は、シャフト２と、該シャフト２の外周に形成された弾性層３と、該弾性層３の外周面に形成された樹脂層４とを備える。ここで、樹脂層４は、微粒子５及びケイ素含有化合物を含み、紫外線照射又は電子線照射で硬化させてなる。

本発明の現像ローラ１においては、樹脂層４が微粒子５を含有するため、微粒子５の濃度及び粒径を適宜調整することで、樹脂層４の表面に微小凹凸を適度に形成することができ、所定量のトナーを均一に外周面に保持することができる。さらに詳述すると、樹脂層４に微粒子５を分散させる目的は、上記のごとく、現像ローラ１最表面のトナー担持性を向上させるために、該表面に所望の凹凸を付与することにあるが、樹脂層４の厚さが分散させた微粒子５の粒径よりも大きいと、樹脂層４表面に凹凸を十分形成できないことがある。本発明者らはこの点に注目し、鋭意研究の結果、現像ローラ１最表面に、トナー担持に最適な凹凸を付与することに成功し、本発明を完成させるに到ったものである。

具体的に記すと、樹脂層の厚さよりも分散させる微粒子の最大径が小さいと、樹脂層中への微粒子の分散状態によっては、微粒子が樹脂層中に埋没してしまい、表面に所望の凹凸が得られないことがある。一方、樹脂層中に分散させる微粒子の粒径分布によっては、樹脂中に分散させた微粒子のうち粒径が樹脂層の厚さより大きな粒子は、その表面が樹脂の薄い被膜を有しつつも、樹脂層の表面に一部が突出することになり、結果として、樹脂層の表面、すなわち現像ローラの最表面に、トナー担持に好ましい凹凸を付与することができる。また、樹脂層の厚さよりも粒径が大きい微粒子であっても、樹脂への分散を十分に図れば、前記のように微粒子の表面はたとえ薄い膜であっても、樹脂に被われており、現像ローラとしての使用時に受ける摺動力で微粒子が樹脂層表面から脱落してしまうことがない。ここで、樹脂層に分散させる微粒子の最大粒径をａ、樹脂層の厚さをｂとした場合、本発明の現像ローラは、その比ａ／ｂが1.0〜5.0の間にあることを要し、現像ローラ最表面にトナー担持性を更に向上させることが可能な凹凸を形成する観点から、ａ／ｂが1.0〜3.0の範囲にあることが好ましい。ａ／ｂが1.0未満では、最大径の微粒子であっても、樹脂層への分散状態によっては該樹脂層中に微粒子が埋没してしまい、所望の表面凹凸を形成できない場合がある。一方、ａ／ｂが5.0を超えると、樹脂層表面の凹凸が大きくなりすぎ、トナー担持性が向上してトナー搬送量が多くなるものの、トナーの帯電量が不足し、結果として、画像に地カブリや階調不良といった不具合が発生してしまう。

また、本発明の現像ローラ１においては、紫外線照射又は電子線照射で樹脂層４を形成するため、樹脂層４の形成において長時間乾燥する必要が無くなり、量産に長い乾燥ラインを準備する必要が無い。ここで、電子線照射で樹脂層４を形成した場合には、電子線が紫外線の数万倍のエネルギーを有し高効率であるため、発癌性の光重合開始剤を使用する必要が無くなるという利点があり、更には、紫外線を吸収し易いカーボンブラック等の導電性カーボンを樹脂層に用いても、樹脂層の形成に問題がないという利点もある。

更に、本発明の現像ローラ１においては、樹脂層４がケイ素を含み、樹脂層４の表面エネルギーが小さいため、表面の摩擦抵抗が低く、長期間使用しても摩耗し難く、耐久性に優れる。

本発明の現像ローラのシャフト２としては、良好な導電性を有する限り特に制限はなく、例えば、鉄、ステンレススチール、アルミニウム等の金属製の中実体からなる芯金や、内部を中空にくりぬいた金属製円筒体等の金属製シャフトを用いることができる。

本発明の現像ローラの弾性層３は、エラストマーと導電剤とを含み、必要に応じて充填剤等の他の成分を含む。該弾性層３に用いるエラストマーとしては、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブチルゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム（ＥＣＯ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリウレタン及びこれらの混合物等が挙げられ、これらの中でも、シリコーンゴム、ＥＰＤＭ、ＥＣＯ及びポリウレタンが好ましい。上記弾性層３には、上記エラストマーを発泡剤を用いて化学的に発泡させたり、ポリウレタンフォームのように空気を機械的に巻き込んで発泡させる等して、上記エラストマーを発泡体として用いてもよい。

上記シャフト２と弾性層３とは、反応射出成形法（ＲＩＭ成形法）を用いて一体化してもよい。即ち、弾性層３の原料成分を構成する２種のモノマー成分を筒状型内に混合射出し、重合反応させて、シャフト２と弾性層３とを一体化することができる。これにより原料の注入から脱型までの所要時間を短縮し、生産コストを大幅に削減することができる。

上記弾性層３に用いる導電剤としては、電子導電剤、イオン導電剤等が挙げられる。電子導電剤としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等の導電性カーボン、ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦ、ＳＲＦ、ＦＴ、ＭＴ等のゴム用カーボンブラック、酸化処理等を施したカラー用カーボンブラック、熱分解カーボンブラック、天然グラファイト、人造グラファイト、アンチモンドープ酸化スズ、ＩＴＯ、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛等の金属酸化物、ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレン等の導電性ポリマー、カーボンウィスカー、黒鉛ウィスカー、炭化チタンウィスカー、導電性チタン酸カリウムウィスカー、導電性チタン酸バリウムウィスカー、導電性酸化チタンウィスカー、導電性酸化亜鉛ウィスカー等の導電性ウィスカー等が挙げられる。上記電子導電剤の配合量は、上記エラストマー100質量部に対して1〜50質量部の範囲が好ましく、5〜40質量部の範囲が更に好ましい。

また、上記イオン導電剤としては、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、ドデシルトリメチルアンモニウム、ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、ベンジルトリメチルアンモニウム、変性脂肪酸ジメチルエチルアンモニウム等の過塩素酸塩、塩素酸塩、塩酸塩、臭素酸塩、ヨウ素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、硫酸塩、エチル硫酸塩、カルボン酸塩、スルホン酸塩等のアンモニウム塩；リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属の過塩素酸塩、塩素酸塩、塩酸塩、臭素酸塩、ヨウ素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、硫酸塩、トリフルオロメチル硫酸塩、スルホン酸塩等が挙げられる。上記イオン導電剤の配合量は、上記エラストマー100質量部に対して0.01〜10質量部の範囲が好ましく、0.05〜5質量部の範囲が更に好ましい。上記導電剤は、１種単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよく、電子導電剤とイオン導電剤とを組み合わせてもよい。

上記弾性層３は、上記導電剤の配合により、その抵抗値を10³〜10¹⁰Ωcmとすることが好ましく、10⁴〜10⁸Ωcmとすることが更に好ましい。弾性層３の抵抗値が10³Ωcm未満では、電荷が感光ドラム等にリークしたり、電圧により現像ローラ自体が破壊する場合があり、10¹⁰Ωcmを超えると、地かぶりが発生しやすくなる。

上記弾性層３は、必要に応じて上記エラストマーをゴム状物質とするために、有機過酸化物等の架橋剤、硫黄等の加硫剤を含有してもよく、更に加硫助剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、加硫遅延剤等を含有してもよい。また、上記弾性層３は、更に、充填剤、しゃく解剤、発泡剤、可塑剤、軟化剤、粘着付与剤、粘着防止剤、分離剤、離型剤、増量剤、着色剤等のゴム用配合剤を含有してもよい。

ポリウレタン又はＥＰＤＭを基材として上記弾性層３を形成する場合、表面上のトナー帯電量をコントロールするために、ニグロシン、トリアミノフェニルメタン、カチオン染料等の各種荷電制御剤、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、ナイロン等の微粉体を添加してもよい。ここで、上記荷電制御剤の添加量は、上記ポリウレタン又はＥＰＤＭ 100質量部に対して1〜5質量部の範囲が好ましく、上記微粉体の添加量は、上記ポリウレタン又はＥＰＤＭ 100質量部に対して1〜10質量部の範囲が好ましい。

上記弾性層３の硬度は、特に限定されるものではないが、アスカーＣ硬度で80度以下であるのが好ましく、30〜70度であるのが更に好ましい。弾性層３のアスカーＣ硬度が80度を超えると、現像ローラと感光ドラム等との接触面積が小さくなり、良好な現像が行えなくなるおそれがあり、また、トナーに損傷を与え感光ドラムや成層ブレードヘのトナー固着等が発生して画像不良が起こり易い。一方、弾性層３が低硬度過ぎると、感光ドラムや成層ブレードとの摩擦力が大きくなり、ジッター等の画像不良が発生する虞がある。なお、上記弾性層３は、感光ドラムや成層ブレード等に当接して使用されるため、硬度を低硬度に設定する場合でも、圧縮永久歪をなるべく小さくすることが好ましく、具体的には20％以下とすることが好ましい。

本発明の現像ローラにおいては、図１に示すように、弾性層３上に抵抗調整やトナー帯電量及び搬送量を制御するために、紫外線照射又は電子線照射で硬化させた樹脂層４を形成する。また、樹脂層４の表面エネルギーを低下させて、樹脂層４の表面の摩擦抵抗を低減して、現像ローラの耐久性を向上させるために、樹脂層４にケイ素を含ませる。ここで、該樹脂層４は、ケイ素を0.01〜40質量％含むのが好ましく、0.05〜35質量％含むのが更に好ましく、0.1〜30質量％含むのがより一層好ましい。

上記ケイ素を含む樹脂層４を形成するための原料組成物は、重合可能な炭素原子間二重結合を有するケイ素含有化合物を含有するのが好ましく、該重合可能な炭素原子間二重結合を有するケイ素含有化合物のみからなってもよく、重合可能な炭素原子間二重結合を有するケイ素含有化合物と他の重合可能な炭素原子間二重結合を有する化合物との混合物であってもよい。ここで、重合可能な炭素原子間二重結合を有するケイ素含有化合物としては、両末端反応性シリコーンオイル類、片末端反応性シリコーンオイル類、(メタ)アクリロキシアルキルシラン類が好ましい。また、反応性シリコーンオイル類としては、末端に(メタ)アクリル基を導入したものが好ましい。これら重合可能な炭素原子間二重結合を有する化合物は、モノマーでも、オリゴマーでもよく、更にはモノマー及びオリゴマーの混合物であってもよい。なお、オリゴマーとしては２〜２０量体が好ましい。

上記両末端反応性シリコーンオイル類としては、下記式(I)：

（式中、ｎは繰り返し単位数である）で表されるシリコーンオイルが挙げられる。該両末端反応性シリコーンオイル類としては、市販品を利用することができ、例えば、信越化学工業(株)製の品名「Ｘ-２２-１６４Ａ」（粘度25mm²/s、官能基当量860g/mol）、品名「Ｘ-２２-１６４Ｂ」（粘度55mm²/s、官能基当量1630g/mol）、品名「Ｘ-２２-１６４Ｃ」（粘度90mm²/s、官能基当量2370g/mol）、東レ・ダウコーニング・シリコーン(株)製の品番「ＢＸ１６-１５２Ｂ」（粘度40cs/25℃、メタクリル基当量1300g/mol、25℃での比重0.97）、品番「ＢＹ１６-１５２」（粘度85cs/25℃、メタクリル基当量2800g/mol、25℃での比重0.97）、品番「ＢＸ２-１５２Ｃ」（粘度330cs/25℃、メタクリル基当量5100g/mol、25℃での比重0.97）等を用いることができる。

また、上記片末端反応性シリコーンオイル類としては、下記式(II)：

（式中、Ｒ¹は、メチル基又はブチル基であり、ｍは繰り返し単位数である）で表されるシリコーンオイル及び下記式(III)：

で表されるシリコーンオイルが挙げられる。該片末端反応性シリコーンオイル類としては、市販品を利用することができ、例えば、信越化学工業(株)製の品名「Ｘ-２４-８２０１」（粘度25mm²/s、官能基当量2100g/mol）、品名「Ｘ-２２-１７４ＤＸ」（粘度60mm²/s、官能基当量4600g/mol）、品名「Ｘ-２２-２４２６」（粘度180mm²/s、官能基当量12000g/mol）、東レ・ダウコーニング・シリコーン(株)製の品番「ＢＸ１６-１２２Ａ」（粘度5cs/25℃、屈折率1.417、25℃での比重0.92）等を用いることができる。

また、上記(メタ)アクリロキシアルキルシラン類としては、３-メタクリロキシプロピルジクロロメチルシラン［ＣＨ₂＝Ｃ(ＣＨ₃)ＣＯＯ(ＣＨ₂)₃ＳｉＣｌ₂ＣＨ₃］、３-アクリロキシプロピルジメトキシメチルシラン［ＣＨ₂＝ＣＨＣＯＯ(ＣＨ₂)₃Ｓｉ(ＯＣＨ₃)₂ＣＨ₃］、３-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン［ＣＨ₂＝ＣＨＣＯＯ(ＣＨ₂)₃Ｓｉ(ＯＣＨ₃)₃］、３-メタクリロキシプロピルジメトキシメチルシラン［ＣＨ₂＝Ｃ(ＣＨ₃)ＣＯＯ(ＣＨ₂)₃Ｓｉ(ＯＣＨ₃)₂ＣＨ₃］、３-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン［ＣＨ₂＝Ｃ(ＣＨ₃)ＣＯＯ(ＣＨ₂)₃Ｓｉ(ＯＣＨ₃)₃］、３-メタクリロキシプロピルジエトキシメチルシラン［ＣＨ₂＝Ｃ(ＣＨ₃)ＣＯＯ(ＣＨ₂)₃Ｓｉ(ＯＣ₂Ｈ₅)₂ＣＨ₃］、３-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン［ＣＨ₂＝Ｃ(ＣＨ₃)ＣＯＯ(ＣＨ₂)₃Ｓｉ(ＯＣ₂Ｈ₅)₃］等が挙げられる。該(メタ)アクリロキシアルキルシラン類としては、市販品を利用することができ、例えば、信越化学工業(株)製の品番「ＬＳ-２０８０」、「ＬＳ-２８２６」、「ＬＳ-２８２７」、「ＬＳ-３３７５」、「ＬＳ-３３８０」、「ＬＳ-４５４８」、「ＬＳ-５１１８」等を用いることができる。

上記重合可能な炭素原子間二重結合を有するケイ素含有化合物と混合して用いることが可能な他の重合可能な炭素原子間二重結合を有する化合物としては、特に限定されるものではないが、(メタ)アクリレートモノマー及びオリゴマー、並びに該モノマーとオリゴマーとの混合物が好ましい。ここで、(メタ)アクリレートモノマー及びオリゴマーとしては、ウレタン系(メタ)アクリレート、エポキシ系(メタ)アクリレート、エーテル系(メタ)アクリレート、エステル系(メタ)アクリレート、ポリカーボネート系(メタ)アクリレート、フッ素系(メタ)アクリレート等のモノマー及びオリゴマーが挙げられる。上記(メタ)アクリレートオリゴマーは、ポリエチレングリコール、ポリオキシ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、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、多価アルコールとε-カプロラクトンの付加物等と、(メタ)アクリル酸との反応により、或いはポリイソシアネート化合物及び水酸基を有する(メタ)アクリレート化合物をウレタン化することにより合成することができる。

上記ウレタン系(メタ)アクリレートオリゴマーは、ポリオール、イソシアネート化合物と水酸基を有する(メタ)アクリレート化合物とをウレタン化することによって得られる。また、上記エポキシ系(メタ)アクリレートオリゴマーとしては、グリシジル基を有する化合物と(メタ)アクリル酸との反応生成物が好ましく、ベンゼン環、ナフタレン環、スピロ環、ジシクロペンタジエン、トリシクロデカン等の環状構造を有し且つグリシジル基を有する化合物と(メタ)アクリル酸との反応生成物が更に好ましい。更に、上記エーテル系(メタ)アクリレートオリゴマー、エステル系(メタ)アクリレートオリゴマー及びポリカーボネート系(メタ)アクリレートオリゴマーは、各々に対するポリオール（ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール及びポリカーボネートポリオール）と(メタ)アクリル酸との反応によって得られる。

上記ケイ素を含む樹脂層４を形成するための原料組成物には、必要に応じて粘度調整のために重合性二重結合を有する反応性希釈剤を配合してもよい。該反応性希釈剤としては、アミノ酸や水酸基を含む化合物に、(メタ)アクリル酸がエステル化反応及びアミド化反応で結合した構造の単官能、２官能または多官能の重合性化合物等を使用することができる。該反応性希釈剤の配合量は、上記樹脂層形成用の原料組成物中の重合可能な炭素原子間二重結合を有する化合物100質量部に対して10〜200質量部の範囲が好ましい。

本発明では、上記樹脂層４に微粒子５を分散させ、樹脂層４の表面に微小な凹凸を形成する。該微粒子としては、ゴム又は合成樹脂の微粒子やカーボン微粒子が好適であり、具体的にはシリコーンゴム、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ウレタンエラストマー、ウレタンアクリレート、メラミン樹脂、フェノール樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ガラス状カーボンの１種又は２種以上が好適である。該微粒子の添加量は、樹脂100質量部に対し0.1〜100質量部の範囲が好ましく、5〜80質量部の範囲が更に好ましい。

上記微粒子の平均粒径は、1〜30μmの範囲が好ましく、3〜20μmの範囲が更に好ましい。また、該微粒子の最大粒径ａ（μm）と樹脂層の厚さｂ（μm）との比ａ／ｂは1.0〜5.0であり、1.0〜3.0の範囲が好ましい。ここで、樹脂層の厚さｂは、後述の通り1〜40μmであることが好ましい。ａ／ｂ比をこの範囲とすることにより、樹脂層の表面に適正な微小凹凸を形成することができる。

上記樹脂層４には、その導電性を制御する目的で導電剤を配合することができ、該導電剤としては、上記弾性層３に用いられる導電剤として例示したものと同様のものを例示することができる。樹脂層４における導電剤の配合量は、樹脂100質量部に対し20質量部以下が好ましく、0.01〜20質量部の範囲が更に好ましく、1〜10質量部の範囲がより一層好ましい。なお、導電剤が、ニッケル、銅等の金属、及び酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛、チタン酸カリウム、チタン酸バリウム等の金属酸化物等の透明導電剤であると、紫外線が透過しやすく、紫外線照射による樹脂層の形成を妨げないという効果が得られる。該透明導電剤の配合量は、樹脂100質量部に対し100質量部以下が好ましく、1〜80質量部の範囲が更に好ましく、10〜50質量部の範囲がより一層好ましい。

上記樹脂層４を紫外線照射で形成する場合、上記樹脂層形成用の原料組成物は、更に光重合開始剤を含有するのが好ましい。該光重合開始剤としては、公知のものを使用することができ、例えば、４-ジメチルアミノ安息香酸、４-ジメチルアミノ安息香酸エステル、２,２-ジメトキシ-２-フェニルアセトフェノン、アセトフェノンジエチルケタール、アルコキシアセトフェノン、ベンジルジメチルケタール、ベンゾフェノン及び３,３-ジメチル-４-メトキシベンゾフェノン、４,４-ジメトキシベンゾフェノン、４,４-ジアミノベンゾフェノン等のベンゾフェノン誘導体、ベンゾイル安息香酸アルキル、ビス(４-ジアルキルアミノフェニル)ケトン、ベンジル及びベンジルメチルケタール等のベンジル誘導体、ベンゾイン及びベンゾインイソブチルエーテル等のベンゾイン誘導体、ベンゾインイソプロピルエーテル、２-ヒドロキシ-２-メチルプロピオフェノン、１-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、キサントン、チオキサントン及びチオキサントン誘導体、フルオレン、２,４,６-トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、ビス(２,６-ジメトキシベンゾイル)-２,４,４-トリメチルペンチルホスフィンオキシド、ビス(２,４,６-トリメチルベンゾイル)-フェニルホスフィンオキシド、２-メチル-１-[４-(メチルチオ)フェニル]-２-モルホリノプロパン-１,２-ベンジル-２-ジメチルアミノ-１-(モルホリノフェニル)-ブタノン-１等が挙げられる。これら光重合開始剤は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。上記光重合開始剤の配合量は、上記樹脂層形成用原料組成物中の重合可能な炭素原子間二重結合を有する化合物100質量部に対して0.1〜10質量部の範囲が好ましい。

上記樹脂層形成用原料組成物が光重合開始剤を含有する場合、光重合開始剤による重合反応を促進するために、トリエチルアミン、トリエタノールアミン等の第３級アミン系光重合促進剤、トリフェニルホスフィン等のホスフィン系光重合促進剤、チオジグリコール等のチオエーテル系光重合促進剤等を樹脂層形成用原料組成物に更に添加してもよい。これら光重合促進剤の添加量は、上記樹脂層形成用原料組成物中の重合可能な炭素原子間二重結合を有する化合物100質量部に対して0.01〜10質量部の範囲が好ましい。

なお、上記樹脂層４には、その他必要に応じて種々の添加剤を適量添加することができる。

上記樹脂層４を上記弾性層３上に形成する方法としては、上記樹脂層形成用成分及び添加剤を含有する組成物よりなる塗工液を上記弾性層３の表面に塗布し、紫外線又は電子線を照射する方法が好適に採用される。なお、該塗工液は、溶剤を含まないのが好ましいが、常温で揮散し易い溶剤を溶媒として含んでもよい。該塗工液を塗布する方法としては、スプレー法、ロールコーター法、ディッピング法などにより行うことができる。

本発明の現像ローラにおいては、上記樹脂層４が、紫外線照射又は電子線照射の後に加熱して残存未反応化合物を硬化させてなるのが好ましい。この場合、紫外線又は電子線照射後に樹脂層４中に未反応の樹脂層形成用化合物が残存していたとしても、該未反応の樹脂層形成用化合物が加熱により硬化するため、樹脂層４中に未反応の樹脂層形成用化合物が残留するのを防止することができる。このため、感光体の汚染が防止され、良好な画像を形成することができる。なお、紫外線又は電子線の照射後の熱硬化処理は、極短時間で済むため、弾性層３にダメージを与えることがない。ここで、紫外線又は電子線を照射した後の加熱時間は、5〜120分程度が好ましく、10〜40分程度が更に好ましく、加熱温度は、40〜100℃程度が好ましく、50〜80℃程度が更に好ましい。この範囲の加熱時間及び加熱温度であれば、加熱により弾性層３にダメージを与えることがない。

また、本発明の現像ローラにおいては、上記樹脂層４が、紫外線照射又は電子線照射の後にマイクロ波加熱して残存未反応化合物を硬化させてなるのも好ましい。この場合、紫外線又は電子線照射後に樹脂層４中に未反応の樹脂層形成用化合物が残存していたとしても、該未反応の樹脂層形成用化合物がマイクロ波加熱により硬化するため、樹脂層４中に未反応の樹脂層形成用化合物が残留するのを防止することができる。このため、感光体の汚染が防止され、良好な画像を形成することができる。また、マイクロ波加熱であれば、１種の誘導加熱であり、樹脂層４を均一に加熱することができる点においても加熱効率に優れ、その上、例えば、20秒〜10分という非常に短い時間で樹脂層形成用の残存未反応化合物を硬化させることができるため、生産性が損なわれることがなく、弾性層３にダメージを与えることもない。ここで、紫外線又は電子線を照射した後のマイクロ波加熱処理は、周波数300MHz以上、好ましくは2450MHz程度のマイクロ波により、20秒〜30分程度行うのが好ましく、1〜30分程度行うのが更に好ましく、2〜10分程度行うのがより一層好ましく、2〜5分程度行うのが特に好ましく、このようなマイクロ波加熱処理により、弾性層３にダメージを与えることなく、樹脂層形成用の残存未反応化合物を均一にマイクロ波加熱硬化させることができる。

上記樹脂層４の厚さは、1〜40μmの範囲が好ましく、3〜40μmの範囲が更に好ましく、3〜30μmの範囲が特に好ましい。樹脂層４の厚さが1μm未満では、耐久時の摩擦により十分に表面層の帯電性能を確保できない場合があり、40μmを超えると、現像ローラ表面が硬くなり、トナーにダメージを与えて感光体等の画像形成体や成層ブレードへのトナーの固着が発生して画像不良となる場合がある。

本発明の現像ローラは、電気抵抗が10³〜10¹⁰Ωであるのが好ましく、10⁴〜10⁸Ωであるのが更に好ましい。現像ローラの抵抗値が10³Ω未満であると、階調性コントロールが著しく困難となり、また感光体等の画像形成体に欠陥があった場合バイアスリークが生じることもある。一方、抵抗値が10¹⁰Ωを超えると、例えばトナーを感光体等の潜像保持体に現像する場合、現像バイアスがトナー担持体自体の高抵抗のために電圧降下をおこし、現像に十分な現像バイアスが確保できなくなって、十分な画像濃度が得られなくなってしまう。なお、抵抗値の測定は、例えば、平板又は円筒状の対極に現像ローラの外周面を所定圧力で押し当て、シャフトと対極との間に100Ｖの電圧を印加し、その際の電流値から求めることができる。このように、現像ローラの抵抗値を適正かつ均一に制御することにより、トナーが移動するための電界強度を適正かつ均一に保つことができる。

本発明の現像ローラの表面粗さは、ＪＩＳ １０点平均粗さ（Ｒｚ）が1〜30μmであるのが好ましく、1〜20μmであるのが更に好ましい。現像ローラのＪＩＳ １０点平均粗さ（Ｒｚ）が1μm未満では、トナー担持性が低下してトナー搬送量が不十分になり、30μmを超えると、トナー搬送量が増加する傾向があるものの、トナーの帯電量が不足し、画像に地カブリや階調不良を発生させてしまう。

本発明の画像形成装置は、表面の摩擦抵抗が低く、耐久性に優れ、表面に適度に微小凹凸が形成された上述の現像ローラを備えることを特徴とし、優れた画像を安定的に形成することができる。本発明の画像形成装置は、上記現像ローラを用いる以外、特に制限はなく、公知の方法で製造することができる。

以下に、図を参照して本発明の画像形成装置を詳細に説明する。図２は、本発明の画像形成装置の一例の部分断面図である。図示例の画像形成装置は、静電潜像を保持した感光ドラム６と、感光ドラム６の近傍（図では上方）に位置し感光ドラム６を帯電させるための帯電ローラ７と、トナー８を供給するためのトナー供給ローラ９と、トナー供給ローラ９と感光ドラム６との間に配置された現像ローラ１と、現像ローラ１の近傍（図では上部）に設けられた成層ブレード１０と、感光ドラム６の近傍（図では下方）に位置する転写ローラ１１と、感光ドラム６に隣接して設けられたクリーニング部１２とを備える。なお、本発明の画像形成装置は、更に画層形成装置に通常用いられる公知の部品（図示せず）を備えることができる。

図示例の画像形成装置においては、帯電ローラ７によって、感光ドラム６を一定電位に帯電させた後、露光機（図示せず）により静電潜像を感光ドラム６上に形成する。次に、感光ドラム６と、トナー供給ローラ９と、現像ローラ１とが、図中の矢印方向に回転することで、トナー供給ローラ９上のトナー８が現像ローラ１を経て感光ドラム６に送られる。現像ローラ１上のトナー８は、成層ブレード１０により、均一な薄層に整えられ、現像ローラ１と感光ドラム６とが接触しながら回転することにより、トナー８が現像ローラ１から感光ドラム６の静電潜像に付着し、該潜像が可視化する。潜像に付着したトナー８は、転写ローラ１１で紙等の記録媒体に転写され、また、転写後に感光ドラム６上に残留するトナー８は、クリーニング部１２のクリーニングブレード１３によって除去される。ここで、本発明の画像形成装置においては、現像ローラ１に、上述した表面の摩擦抵抗が低く、耐久性に優れ、表面に適度に微小凹凸が形成された現像ローラを用いることで、長期に渡って優れた画像を安定的に形成することが可能となる。

以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。

［実施例１］
サンニックスＦＡ９５２（三洋化成工業株式会社製ポリエーテルポリオール、ＯＨ価＝32）100質量部、エチレングリコール4.0質量部、デンカブラック2.0質量部、Ｈ₂Ｏ（水）0.6質量部、ＳＲＸ２７４Ｃ（東レダウコーニング・シリコーン株式会社製整泡剤）1質量部、ＴＯＹＯＣＡＴ ＮＰ（東ソー株式会社製アミン触媒）1.5質量部及びサンフォームＩＣ-７１６（三洋化成工業株式会社製トリレンジイソシアネート）59質量部を機械的に撹拌して発泡させた。

内径16mm、長さ250mmで、表面をフッ素加工した金属製円筒型の片側開口部から、外径8.0mm、長さ240mmの金属製シャフトを配置し、上記の発泡ポリウレタン原料をＲＩＭ成形用発泡機から注入した。

次いで、発泡ポリウレタン原料が注入されたモールドを80℃のオーブン中で20分間キュアした後脱型し、外径が16mm、弾性層部分の全長が210mmの弾性層を有するローラ本体を得た。

このようにして製作したローラ本体の外周面に、表１に示すように、ポリウレタンアクリレート70質量部及びケイ素含有化合物Ａ（メタクリル系両末端反応性シリコーンオイル, 信越化学工業(株)製, 「Ｘ-２２-１６４Ａ」）30質量部に対して、微粒子として平均粒径3μm（粒径分布1〜15μm）のシリコーンゴム微粒子を10質量部配合するとともに、イオン導電剤として変性脂肪族ジメチルエチルアンモニウムエトサルフェート（ＲＮ(ＣＨ₃)₂Ｃ₂Ｈ₅・Ｃ₂Ｈ₅ＳＯ₄, 日本油脂製, 「エレガン２６４ＷＡＸ」）を3.0質量部配合した紫外線照射で硬化するウレタン系組成物を厚さ10μmになるように、ロールコーターで塗布した後、ウシオ電機株式会社製ユニキュアＵＶＨ-０２５２Ｃ装置を用いてローラを回転させながら、照度400mW、積算光量1000mJ/cm²で紫外線を照射したところ、塗膜は瞬時に硬化して弾力性のある樹脂層が形成された。得られたローラは、表１に示す特性を有し、現像ローラに適したものであった。

［実施例２］
弾性層をウレタンエラストマーとし、ケイ素含有化合物Ａに代えケイ素含有化合物Ｂ（メタクリル系片末端反応性シリコーンオイル, 信越化学工業(株)製, 「Ｘ-２２-１７４ＤＸ」）を用い、樹脂層の厚さを7μmとした以外は実施例１と同様にして現像ローラを製作した。このローラも、表１に示す特性を有し、現像ローラに適したものであった。

［実施例３］
ケイ素含有化合物Ａに代えケイ素含有化合物Ｃ（メタクリル系両末端反応性シリコーンオイル, 東レ・ダウコーニング・シリコーン(株)製, 「ＢＹ１６-１５２Ｂ」）を用い、微粒子として、平均粒径11μm（粒径分布3〜25μm）のポリメタクリル酸メチル微粒子を10質量部配合し、樹脂層の厚さを12μmとした以外は実施例１と同様にして現像ローラを製作した。このローラも、表１に示す特性を有し、現像ローラに適したものであった。

［実施例４］
樹脂層の形成にポリウレタンアクリレートを配合せず、ケイ素含有化合物Ｄ（メタクリル系片末端反応性シロキサンオリゴマー, 東レ・ダウコーニング・シリコーン(株)製, 「ＢＸ１６-１２２Ａ」）のみを配合し、微粒子として、平均粒径17μm（粒径分布4〜35μm）のポリメタクリル酸メチル微粒子10質量部を配合し、樹脂層の厚さを12μmとした以外は実施例１と同様にして現像ローラを製作した。このローラも、表１に示す特性を有し、現像ローラに適したものであった。

［実施例５］
樹脂層の形成にポリウレタンアクリレートを配合せず、ケイ素含有化合物Ｅ（メタクリル系片末端反応性(メタ)アクリロキシアルキルシラン, 信越化学工業(株)製, 「ＬＳ-２８２６」）のみを配合し、微粒子として、平均粒径11μm（粒径分布4〜25μm）のポリスチレン微粒子7質量部を配合し、樹脂層の厚さを18μmとした以外は実施例１と同様にして現像ローラを製作した。このローラも、表１に示す特性を有し、現像ローラに適したものであった。

［実施例６］
実施例１と同様にして製作したローラ本体の外周面に、表２に示すように、ポリウレタンアクリレート70質量部及びケイ素含有化合物Ａ 30質量部に対して、微粒子として平均粒径3μm（粒径分布1〜15μm）のシリコーンゴム微粒子を10質量部配合するとともに、導電剤としてカーボンブラックを20質量部配合したウレタン系組成物を厚さ10μmになるように、ロールコーターで塗布した後、ウシオ電機株式会社製Ｍｉｎ-ＥＢ装置を用いてローラを軸方向に移動させ且つ回転させながら、加速電圧30kV、管電流300μA、照射距離10mm、窒素気流中にて10秒間電子線を照射したところ、塗膜が完全に硬化して弾力性のある樹脂層が形成された。このローラも、表２に示す特性を有し、現像ローラに適したものであった。

［比較例１］
弾性層をウレタンエラストマーとし、ケイ素含有化合物Ａに代えケイ素含有化合物Ｂを用い、樹脂層に微粒子を添加せず、樹脂層の厚さを15μmとした以外は実施例１と同様にして現像ローラを製作した。この場合、表２に示すように、トナー搬送量が少なく、画像品位が低かった。

［比較例２］
樹脂層に添加する微粒子として、平均粒径20μm（粒径分布3〜80μm）のシリコーンゴム微粒子を10質量部配合し、樹脂層の厚さを15μmとした以外は実施例１と同様にして現像ローラを製作した。この場合、表２に示すように、トナー搬送量は多くなるものの、画像品位及び耐久性が実施例よりも劣っていた。

［比較例３］
樹脂層の形成にケイ素含有化合物Ａを配合せず、ポリウレタンアクリレートのみを配合し、微粒子として、平均粒径16μm（粒径分布5〜32μm）のポリスチレン微粒子を20質量部配合し、樹脂層の厚さを12μmとした以外は実施例１と同様にして現像ローラを製作した。この場合、表２に示すように、ローラの耐久特性が悪く、また、画像品位が実施例よりも劣っていた。

［比較例４］
樹脂層に添加する微粒子として、平均粒径5μm（粒径分布1〜12μm）のポリメタクリル酸メチル微粒子を10質量部配合し、樹脂層の厚さを15μmとした以外は実施例１と同様にして現像ローラを製作した。この場合、表２に示すように、トナー搬送量が少なく、画像品位が実施例よりも劣っていた。

本発明の現像ローラの一例の断面図である。 本発明の画像形成装置の一例の部分断面図である。

符号の説明

１ 現像ローラ
２ シャフト
３ 弾性層
４ 樹脂層
５ 微粒子
６ 感光ドラム
７ 帯電ローラ
８ トナー
９ トナー供給ローラ
１０ 成層ブレード
１１ 転写ローラ
１２ クリーニング部
１３ クリーニングブレード

Claims (14)

1. シャフトと、該シャフトの外周に形成された弾性層と、該弾性層の外周面に形成された少なくとも一層の紫外線照射又は電子線照射で硬化させた樹脂層とを備えた現像ローラにおいて、
   前記樹脂層中に微粒子が分散含有されており、該微粒子の最大粒径ａと樹脂層の厚さｂとの比ａ／ｂが1.0〜5.0であり、且つ前記樹脂層がケイ素を含むことを特徴とする現像ローラ。
2. 前記紫外線照射又は電子線照射で硬化させた樹脂層が、紫外線照射又は電子線照射の後に加熱して残存未反応化合物を硬化させてなることを特徴とする請求項１に記載の現像ローラ。
3. 前記紫外線照射又は電子線照射で硬化させた樹脂層が、紫外線照射又は電子線照射の後にマイクロ波加熱して残存未反応化合物を硬化させてなることを特徴とする請求項１に記載の現像ローラ。
4. 前記微粒子の平均粒径が1〜30μmであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の現像ローラ。
5. 前記微粒子の粒径分布が1〜50μmの範囲内であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の現像ローラ。
6. 前記微粒子の含有量が前記樹脂層の樹脂100質量部に対して0.1〜100質量部であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の現像ローラ。
7. 前記樹脂層の厚さｂが1〜40μmであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の現像ローラ。
8. 前記微粒子がゴム又は合成樹脂の微粒子であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の現像ローラ。
9. 前記微粒子が、シリコーンゴム微粒子、シリコーン樹脂微粒子、フッ素樹脂微粒子、ウレタンエラストマー微粒子、ウレタンアクリレート微粒子、メラミン樹脂微粒子、フェノール樹脂微粒子、（メタ）アクリル系樹脂微粒子及びスチレン系樹脂微粒子の少なくとも１種であることを特徴とする請求項８に記載の現像ローラ。
10. 前記微粒子がガラス状カーボン微粒子であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の現像ローラ。
11. 前記樹脂層が導電剤を含有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の現像ローラ。
12. 前記導電剤の含有量が前記樹脂層の樹脂100質量部に対して0.01〜20質量部であることを特徴とする請求項１１に記載の現像ローラ。
13. 前記弾性層が金型中で成形されたものであり、外周面を研磨することなく前記樹脂層が外周面に形成されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の現像ローラ。
14. 現像ローラを備えた画像形成装置において、該現像ローラが請求項１〜１３のいずれかに記載の現像ローラであることを特徴とする画像形成装置。

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