JP2007256315A

JP2007256315A - 現像ローラ

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Publication number: JP2007256315A
Application number: JP2006076764A
Authority: JP
Inventors: Nagahiro Masuda; 長宏桝田
Original assignee: Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2006-03-20
Publication date: 2007-10-04

Abstract

【課題】現像ローラに起因する印字性能の低下要因を除去することを目的とし、長期に渡って高い印字性能を確保することができる現像ローラの開発を課題とする。
【解決手段】現像ローラ１には、導電性シャフト（芯体）２の周囲に弾性層３が設けられ、さらにその外周に中間層６があり、最外層に表面層７が設けられている。表面層７を構成する樹脂又はゴムの１００％モジュラスは、隣接する中間層６の１００％モジュラスよりも低く、当該中間層６の１００％モジュラスは、弾性層３の１００％モジュラスよりも高い。現像ローラ１は、その表面にトナーがこびりつき難く、現像ローラ１を使用するとトナーの劣化が抑制される。
【選択図】図２

Description

本発明は、現像ローラに関するものであり、複写機、プリンターあるいはファクシミリの受信装置など電子写真方式を採用した装置に組み込まれる現像ローラとして好適なものである。

近年、複写機、プリンター、ファクシミリ等の電子写真方式による印字装置等を備えたＯＡ機器が普及している。
電子写真方式による印字装置は例えば図１の様に感光ドラム１０を中心として帯電ローラ１１、露光部１２、現像ローラ１、転写ローラ１３及びクリーニングブレード１５を配したものである。現像ローラ１は、トナー収容部１６の開口近傍と感光ドラム１０との間に設けられている。トナー収容部１６にはトナーが帯電状態で収納されている。

電子写真方式による印字装置では、帯電ローラ１１で感光ドラム１０を一様に帯電し、露光部１２で露光して感光ドラム１０上に静電潜像を形成させる。さらに感光ドラム１０に現像ローラ１を押し当てて感光ドラム１０にトナーを供給する。トナーは帯電した状態で感光ドラム１０に供給され、静電潜像上にトナーが供給してトナー像を形成する。そして感光ドラム１０と転写ローラ１３との間に挟まれた記録紙等にトナー像を転写する。また残余のトナーは、クリーニングブレード１５でかき落とされ、トナー収容部に回収されて再利用される。

上記した様に現像ローラ１は感光ドラム１０などの静電潜像担持体へトナーを搬送する機能を有するものである。
図２は、一般的な現像ローラ１の断面図及びその一部拡大図である。
現像ローラ１は、特許文献１に開示された様に、ステンレススチール製、ＳＵＭ材製、アルミニウム合金製などの導電性シャフト（芯体）２を持ち、この周囲に弾性層３が設けられ、さらにその外周に表層部５が設けられたものである。旧来の現像ローラ１では、表層部５は単層であったが、表層部５が複数層に別れているものもある。
図２に示す例では、表層部５は中間層６と表面層７とを有している。

中間層６は、弾性層３からのブリード物のブロック層としての機能や、抵抗調整を目的として設けられる。一方で、表層部５に皺が生じることを防ぐため、中間層６の物理的性質は、表面層７と弾性層３との中間的なものとなる様に調製されている。
特開２００１−１３２８５８号公報

ところで電子写真方式による印字装置を長期間に渡って使用すると、印字性能が次第に劣化し、鮮明度が低下する。
この原因は多数考えられ、複数の要因が重複して生じるものであり、現像ローラに起因する要因もある。
本発明は、現像ローラに起因する印字性能の低下要因を除去することを目的とするものであり、長期に渡って高い印字性能を確保することができる現像ローラの開発を課題とするものである。

本発明者は、上記した課題を解決するため、現像ローラに起因する印字性能の低下要因について調査した。ここで公知の低下要因として現像ローラのトナーフィルミングがある。トナーフィルミングとは現像ローラの表面にトナーがこびりつく現象であり、現像ローラにトナーが過度にこびり付くと、印字装置の性能が低下する。
また本発明者が新たに着目した要因として、トナーの劣化現象がある。即ち現像ローラによってトナー収容部１６のトナーが感光ドラム１０に供給されるが、転写に寄与しなかったトナーは、トナー収容部１６に回収されて再利用される。実際上、転写に寄与するトナーは、僅かであり、大多数のトナーは、クリーニングブレード１５でかき落とされ、トナー収容部に回収されて再利用される。
従ってトナー収容部１６内のトナーは転写される迄の間に、何度も繰り返して現像ローラと接する。
その結果、トナー自体が変性し、性能が劣化する。具体的には、トナーの帯電量が低下してしまう。

そこで本発明者は、トナーフィルミングとトナー自体の劣化に注目し、両者がより軽減される条件を研究した。
その結果、弾性層、中間層及び表面層を有する現像ロールにおいては、表面層のモジュラスを中間層のモジュラスよりも低くすることにより、トナーフィルミングが減少し、トナー自体の劣化も抑制されることが判った。
即ち従来技術においては、中間層６の物理的性質は、表面層５と弾性層３の間のものとすることが当業者の間で常識であったが、低モジュラスの弾性体にこれよりも高モジュラスの中間層を設け、この中間層の外側に中間層よりも低モジュラスの表面層を設けると、トナーフィルミングが減少し、トナー自体の劣化も抑制されることが判った。

上記した知見に基づく請求項１に記載の発明は、感光ドラムに接した状態で回転し、感光ドラムにトナーを供給する現像ローラであって、芯体の外周側に弾性層が設けられ、最外表面に樹脂又はゴムを素材とする表面層があり、前記表面層と弾性層との間に樹脂又はゴムを素材とする中間層が設けられた現像ローラにおいて、表面層を構成する樹脂又はゴムのモジュラスは、隣接する中間層のモジュラスよりも低く、当該中間層のモジュラスは、弾性層のモジュラスよりも高いことを特徴とする現像ローラである。

また表面層の１００％モジュラスが５ＭＰａ以下である場合に、前記した効果がより顕著であることが判った。

即ち請求項２に記載の発明は、感光ドラムに接した状態で回転し、感光ドラムにトナーを供給する現像ローラであって、芯体の外周側に弾性層が設けられ、最外表面に樹脂又はゴムを素材とする表面層があり、前記表面層と弾性層との間に樹脂又はゴムを素材とする中間層が設けられた現像ローラにおいて、表面層を構成する樹脂又はゴムの１００％モジュラスは５ＭＰａ以下であり、且つ表面層を構成する樹脂又はゴムの１００％モジュラスは、隣接する中間層の１００％モジュラスよりも低く、当該中間層の１００％モジュラスは、弾性層の１００％モジュラスよりも高いことを特徴とする現像ローラである。

また表面層の厚さは、１０μｍ未満であることが望ましいことが判った（請求項３）。

本発明の現像ローラは、長期使用において表面にトナーがこびりつき難い。また本発明の現像ローラを使用するとトナーの劣化が抑制される。
そのため本発明の現像ローラをプリンター等に使用すると、長期に渡って高い印字性能等が維持される。

以下、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態の現像ローラ１の断面形状は、前記した図２と同様であり、導電性シャフト（芯体）２の周囲に弾性層３が設けられ、さらにその外周に中間層６があり、最外層に表面層７が設けられたものである。
導電性シャフト（芯体）２は、直径が６〜１０ｍｍ程度である。導電性シャフト（芯体）２の素材はステンレススチール、ＳＵＭ材、アルミニウム等の金属を採用することが推奨されるが、導電性を有する樹脂であってもよい。

そして本実施形態の現像ローラ１は、各層のモジュラスに特徴があり、各層の１００％モジュラスを比較すると弾性層３のモジュラスが最も低く、次いで表面層７のモジュラスが低く、中間層６はモジュラスが最も高い。
即ち現像ローラ１は、最外表面に樹脂又はゴムを素材とする表面層７があり、表面層７と弾性層３との間に樹脂等の中間層６が設けられており、表面層７を構成する樹脂等の１００％モジュラスは隣接する中間層６の１００％モジュラスよりも低く、当該中間層６の１００％モジュラスは、弾性層３の１００％モジュラスよりも高い。

具体的に各層の１００％モジュラス及び厚さを列記すると、弾性層３の１００％モジュラスは２ＭＰａ以下、より好ましくは１ＭＰａ以下である。
弾性層３の厚さは１〜２０ｍｍであり、通常は２〜６ｍｍ程度である。

中間層６の１００％モジュラスは、前記した弾性層３のモジュラスよりも高く、且つその範囲は８ＭＰａ以下であり、より好ましくは５ＭＰａ以下である。
中間層６の厚さは、５〜３００μｍ程度であり、推奨される範囲は６〜２０μｍ程度である。

表面層７の１００％モジュラスは、前記した中間層６の１００％モジュラスよりも低く、且つ５ＭＰａ以下であり、好ましくは４ＭＰａ以下である。最も推奨される表面層７の１００％モジュラスは、１〜４ＭＰａである。
表面層７の厚さは、前記した各層の中で最も薄いものであり、２〜５０μｍである。ただし表面層７は薄い方が望ましく、推奨される表面層７の厚さは２〜１０μｍである。

前記弾性層３の材料としては、ＮＢＲ、シリコーン、変性シリコーン、ウレタン等の材料を用いることが可能である。発泡体からなる材料を用いてもよい。ＪＩＳＺ０２３７に準ずる傾斜式ボールタック試験（傾斜角３０゜、２３℃）で１〜１３、好ましくは２〜１３がよい。

前記の観点より、弾性層３の材料として、（Ａ）分子中に少なくとも１個のヒドロシリル化反応可能なアルケニル基を有する有機重合体と、（Ｂ）分子中に少なくとも２個のヒドロシリル基を含む化合物と、（Ｃ）ヒドロシリル化触媒、を必須成分とする硬化性組成物の硬化物を好適に使用することができる。前記硬化性組成物は分子量及び官能基量を変化させることで、容易に硬化物の物性を制御することができる。

前記（Ａ）成分の、分子中に少なくとも１個のヒドロシリル化反応可能なアルケニル基を有する有機重合体のアルケニル基とは、ヒドロシリル化反応に対して活性のある炭素−炭素２重結合を含む基であれば特に制限されるものではない。アルケニル基としては、ビニル基、アリル基、メチルビニル基、プロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基等の脂肪族不飽和炭化水素基、シクロプロペニル基、シクロブテニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等の環式不飽和炭化水素基、メタクリル基等が挙げられる。好適には、下記一般式（１）：
Ｈ₂Ｃ＝Ｃ（Ｒ¹）−ＣＨ₂− （１）（式中、Ｒ¹は水素原子またはメチル基）
で示されるアルケニル基が、硬化性に優れる点で特に好ましい。また、（Ａ）成分は、上記ヒドロシリル化反応可能なアルケニル基を重合体末端に導入されていることが望ましい。このようにアルケニル基が重合体末端にあるときは、最終的に形成される硬化物の有効網目鎖量が多くなり、高強度のゴム状硬化物が得られやすくなるなどの点から好ましい。

また、（Ａ）成分の有機重合体の主鎖は任意の重合体から選ぶことができ、特に制限されるものではない。例えば、ポリイソプレン、ポリブタジエン、ポリイソブチレン、ポリクロロプレン、ポリオキシアルキレン、ポリシロキサン、ポリスルフィドなどが挙げられる。特に、オキシアルキレン単位からなる重合体は、硬化前に低粘度であるため扱いやすく、好ましい。

また、前記硬化性組成物の（Ａ）成分として使用される前記オキシアルキレン系重合体とは、主鎖を構成する単位のうち３０モル％以上、好ましくは５０モル％以上がオキシアルキレン単位からなる重合体をいい、オキシアルキレン単位以外に含有される単位としては、重合体製造時の出発物質として使用される、活性水素を２個以上有する化合物、たとえば、エチレングリコール、ビスフェノール系化合物、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールなどからの単位が挙げられる。なお、オキシアルキレン単位は、一種類である必要はなく、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシドなどからなる共重合体（グラフト重合体も含む）であってもよい。電気特性の環境安定性において、主鎖骨格として比較的吸水性の低いオキシプロピレン単位、またはオキシブチレン単位からなる重合体であることが好ましく、コスト面を考慮すると、オキシプロピレン単位からなる重合体が、特に好ましい。

上記のようなポリオキシアルキレン系重合体の分子量としては、数平均分子量（Ｍｎ）（ＧＰＣ法、ポリスチレン換算）で５００〜５０，０００であることが、その取扱いやすさ、硬化後のゴム弾性の点で好ましい。数平均分子量が５００未満の場合、この硬化性組成物を硬化させた場合に充分な機械的特性（ゴム硬度、伸び率）などが得られにくくなる。一方、数平均分子量が５０，０００以上の場合、分子中に含まれるアルケニル基１個あたりの分子量が大きくなったり、立体障害で反応性が落ちたりするため、硬化が不充分になることが多く、また、粘度が高くなりすぎて加工性が悪くなる傾向にある。

次に、前記（Ｂ）成分である化合物（硬化剤）は、１分子中に少なくとも２個のヒドロシリル基を有する化合物であれば良いが、分子中に含まれるヒドロシリル基の数が多すぎると、硬化後も多量のヒドロシリル基硬化物中に残存しやすくなり、ボイドやクラックの原因となるため、その数を５０個以下に調整するのが好ましく、更には、硬化物のゴム弾性の制御や貯蔵安定性を良好にする観点からは、２〜３０個に調整することがより好ましい。尚、本発明において、ヒドロシリル基を１個有するとは、Ｓｉに結合するＨを１個有することを意味する。よって、ＳｉＨ₂の場合にはヒドロシリル基を２個有することになるが、Ｓｉに結合するＨは異なるＳｉに結合する方が、硬化性とゴム弾性の点から好ましい。

このような硬化剤の分子量は、成形品の加工性を良好にする観点からは、数平均分子量（ＧＰＣ法、ポリスチレン換算）（Ｍｎ）で３０，０００以下に調整するのが好ましく、更に、上記（Ａ）成分であるベースポリマーとの反応性や相溶性を良好にする観点からはＭｎで３００〜１０，０００に調整するのがより好ましい。

また、以上の硬化剤は、ベースポリマーの凝集力が硬化剤の凝集力に比べて大きいことを考慮すると、相溶性の点でフェニル基含有変性体を有することが重要であり、入手のし易さの点ではスチレン変成体が好適であり、貯蔵安定性の観点からはα−メチルスチレン変性体が好適である。

（Ｃ）成分であるヒドロシリル化触媒については、特に制限はなく、任意のものが使用できる。具体的に例示すれば、塩化白金酸、白金の単体、アルミナ、シリカ、カ−ボンブラック等の担体に固体白金を担持させたもの；
白金−ビニルシロキサン錯体｛例えば、Ｐｔ_n（ＶｉＭｅ₂ＳｉＯＳｉＭｅ₂Ｖｉ）_m、Ｐｔ〔（ＭｅＶｉＳｉＯ）₄〕_m｝；
白金−ホスフィン錯体｛例えば、Ｐｔ（ＰＰｈ₃）₄、Ｐｔ（ＰＢｕ₃）₄｝；
白金−ホスファイト錯体｛例えば、Ｐｔ〔Ｐ（ＯＰｈ）₃〕₄、Ｐｔ〔Ｐ（ＯＢｕ）₃〕₄
（式中、Ｍｅはメチル基、Ｂｕはブチル基、Ｖｉはビニル基、Ｐｈはフェニル基を表し、ｎ、ｍは整数を表す）、Ｐｔ（ａｃａｃ）₂、また、Ａｓｈｂｙらの米国特許第３１５９６０１及び３１５９６６２号明細書中に記載された白金−炭化水素複合体、並びにＬａｍｏｒｅａｕｘらの米国特許第３２２０９７２号明細書中に記載された白金アルコラ−ト触媒も挙げられる。白金化合物以外の触媒の例としては、ＲｈＣｌ（ＰＰｈ₃）₃、ＲｈＣｌ₃、Ｒｈ／Ａｌ₂Ｏ₃、ＲｕＣｌ₃、ＩｒＣｌ₃、ＦｅＣｌ₃、ＡｌＣｌ₃、ＰｄＣｌ₂・２Ｈ₂Ｏ、ＮｉＣｌ₂、ＴｉＣｌ₄、等が挙げられる。これらの触媒は単独で使用してもよく、２種以上併用しても構わない。触媒活性の点から塩化白金酸、白金−オレフィン錯体、白金−ビニルシロキサン錯体、Ｐｔ（ａｃａｃ）₂等が好ましい。触媒量としては特に制限はないが、（Ａ）成分中のアルケニル基１ｍｏｌに対して１０^-1〜１０^-8ｍｏｌの範囲で用いるのがよい。ヒドロシリル化反応を十分に進行させるには、１０^-2〜１０^-6ｍｏｌの範囲で用いるのがさらに好ましい。また、ヒドロシリル化触媒は、一般に高価で腐食性であり、また、水素ガスを大量に発生して硬化物が発泡してしまう場合があるので１０^-1モル以上用いない方がよい。

弾性層３に導電性を付与する目的で、弾性層３を構成する前記硬化性組成物に導電性付与剤を添加してもよい。導電性付与剤は特に制限はなく、任意のものを使用することができる。導電性付与剤としては、カーボンブラック、金属微粉末、有機リチウム塩、無機リチウム塩、さらには、第４級アンモニウム塩基、カルボン酸基、スルホン酸基、硫酸エステル基、リン酸エステル基等を有する有機化合物もしくは重合体、エーテルエステルアミド、もしくはエーテルイミド重合体、エチレンオキシド−エピハロヒドリン共重合体、メトキシポリエチレングリコールアクリレートなどで代表される導電性ユニットを有する化合物、または高分子化合物などの帯電防止剤などの、導電性を付与できる化合物などが挙げられる。これらの導電性付与剤は単独で使用しても、２種以上を併用しても良い。上記カーボンブラックの例としては、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ランプブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック、オイルブラックなどがあげられる。これらカーボンブラックの種類、粒径等に制限はない。

導電性付与剤の添加量は、所望の導電特性に応じて調整して添加され、（Ａ）成分の重合体１００重量部に対し、０．０１〜１００重量部、さらには０．１〜５０重量部用いることが好ましい。添加量が０．０１重量部未満と少なすぎると、発現される導電付与能が不十分であり、また、添加量が１００重量部を越えて多すぎると硬化性組成物の粘度の上昇が大きく作業性が悪くなる恐れがある。また、用いる導電性付与剤の種類あるいは添加量によっては、ヒドロシリル化反応を阻害するものがあるため、導電性付与剤のヒドロシリル化反応に対する影響を考慮する方が好ましい。

さらに、弾性層３を構成する前記硬化性組成物には、必要に応じて、各種充填剤、各種機能付与剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、顔料、界面活性剤、溶剤を適宜添加してよい。前記充填剤の具体例としては、シリカ微粉末、金属微粉末、炭酸カルシウム、クレー、タルク、酸化チタン、亜鉛華、ケイソウ土、硫酸バリウムなどが挙げられる。

またさらに、弾性層３を構成する前記硬化性組成物には、貯蔵安定性を改良する目的で、貯蔵安定性改良剤を添加してもよい。貯蔵安定性改良剤としては、所期の目的を達成するものであればよく、特に限定されるものではない。具体的には、脂肪族不飽和結合を含有する化合物、有機リン化合物、有機硫黄化合物、窒素含有化合物、スズ系化合物、有機過酸化物等を好適に用いることができる。さらに具体的には、２−ベンゾチアゾリルサルファイド、ベンゾチアゾール、チアゾール、ジメチルアセチレンダイカルボキシレート、ジエチルアセチレンダイカルボキシレート、ブチルヒドロキシトルエン、ブチルヒドロキシアニソール、ビタミンＥ、２−（４−モルフォジニルジチオ）ベンゾチアゾール、３−メチル−１−ブテン−３−オール、アセチレン性不飽和基含有オルガノシロキサン、エチレン性不飽和基含有オルガノシロキサン、アセチレンアルコール、３−メチル−１−ブチル−３−オール、３−メチル−１−ペンチン−３−オール、ジアリルフマレート、ジアリルマレエート、ジエチルフマレート、ジエチルマレエート、ジメチルマレエート、２−ペンテンニトリル、２，３−ジクロロプロペン等が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。

また、弾性層３のＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度は２０〜７０°であることが好ましい。ＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度は、ＪＩＳ−Ｋ７３１２に記載されるタイプＣ硬さ試験機を用い、水平方向に固定されたローラの表面にアスカーＣ硬さ試験機を垂直に押し当てることにより、評価することができる。

弾性層３の形成方法としては特に限定されず、従来公知の各種ローラの成形方法を用いることができる。例えば、中心にステンレススチール製等の導電性シャフト２を設置した金型に、硬化性組成物を押出成形、プレス成形、射出成形、反応射出成形（ＲＩＭ）、液状射出成形（ＬＩＭ）、注型成形などの各種成形法により成形し、適切な温度および時間で加熱硬化させて、導電性シャフト２の周りに弾性層３を成形する。ここで、弾性層３を形成するための硬化性組成物が液状である場合、生産性、加工性の点で液状射出成形が好ましい。この場合、硬化性組成物は、半硬化させた後に、別途後硬化させるプロセスを設けて完全硬化させてもよい。

上記したような材料を用い、１００％モジュラスが２ＭＰａ以下、好ましくは１ＭＰａ以下となるように設計することにより、弾性層３を形成することができる。

次に、中間層６について説明する。中間層６の材料としては特に限定はないが、例えば、スチレン系熱可塑性エラストマーやオレフィン系熱可塑性エラストマーを用いることができる。これらのエラストマーは単独で用いてもよいし、併用してもよい。以下、スチレン系熱可塑性エラストマー及び／またはオレフィン系熱可塑性エラストマーを用いる場合を代表例として説明する。

スチレン系熱可塑性エラストマーの具体例としては、スチレン・ブタジエンの共重合体及びその水素添加物、スチレン・イソプレンの共重合体及びその水素添加物、スチレン・２−メチルプロペンの共重合体、スチレン・ブタジエン・イソプレンの共重合体及びその水素添加物、及びこれら重合体にエチレンを共重合したものなどが挙げられる。良好な弾性を得るには、ブロック共重合体であることが好ましく、スチレン−ブタジエン−スチレンの水素添加物（略称ＳＢＳ）、スチレン−イソプレン−スチレンの水素添加物（略称ＳＥＰＳ）、スチレン−エチレン−イソプレン−スチレンの水素添加物（略称ＳＥＥＰＳ）、スチレン−エチレン−ブタジエン−スチレンの水素添加物（略称ＳＥＢＳ）、スチレン−イソブチレン−スチレン（略称ＳＩＢＳ）などが例として挙げられる。また、重合するスチレンモノマーには官能基が置換されたものであっても構わない。スチレン系熱可塑性エラストマーの分子量としては、数平均分子量（ＧＰＣ法、ポリスチレン換算）が５０，０００〜３００，０００、ゴム弾性、機械的強度、加工性の観点から、７０，０００〜１５０，０００で好適に用いられる。分子量が５０，０００未満のものはゴム弾性及び機械的強度が劣り、３００，０００以上のものは溶剤への溶解性が悪く、また弾性層３に塗布した後にひび割れが生じやすくなる。また、スチレン含有量は５〜５０重量％が好ましく、特に１５〜３０重量％が好ましい。ポリスチレン含有量が多くなると、硬度が高くなり膜形成が困難であり、また、含有量が少なくなると、溶液粘度が高くなり加工性が低下する。

オレフィン系熱可塑性エラストマーの具体例としては、エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・１−ブテン共重合体、エチレン・プロピレン・１−ブテン共重合体、エチレン・ヘキセン共重合体、エチレン・プロピレン・５−エチリデンノルボルネン共重合体、エチレン・プロピレン・ジシクロペンタジエン共重合体、エチレン・プロピレン・１，４−ヘキサジエン共重合体が挙げられる。これらの共重合体は、ランダム共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体のどれでも良く、硫黄、過酸化物等により架橋しても構わない。オレフィン系熱可塑性エラストマーの分子量としては、数平均分子量（ＧＰＣ法、ポリスチレン換算）が５０，０００〜５００，０００、ゴム弾性、機械的強度、塗布性の観点から、７０，０００〜３００，０００で好適に用いられる。分子量が５０，０００未満のものはゴム弾性及び機械的強度が劣り、５００，０００以上のものは溶剤への溶解性が悪く、また弾性層３に塗布した後にひび割れが生じやすい。また、エチレン含有量は３０〜９０重量％、好ましくは４０〜８０重量％のものが好適に用いられる。

また、中間層６を構成する樹脂組成物には抵抗調整、表面形状の調整あるいは弾性層に対する接着性等の観点から、導電性付与剤、各種フィラー等の各種添加剤を必要に応じて添加してもよい。また、弾性層３と中間層６との接着性をさらに向上させるために、弾性層３の表面をプライマー処理した後、中間層６を形成することが好ましい。プライマーとしては、各種カップリング剤またはエポキシ化合物を含有する任意のプライマーを使用することができる。

また、現像ローラ１を非磁性一成分接触現像方式の現像ローラとして使用する場合には、ローラ表面の凹凸がトナーの搬送性に重要な役割を果たすため、ローラ表面に凹凸を付与する有機系フィラーが中間層６（及び／又は表面層７）に添加される。中間層６に添加される有機系フィラーとしては、ローラ表面に凹凸をつけることができるものであれば特に限定はないが、ウレタン系、アクリル系、スチレン系等の有機系フィラーが、トナーの帯電を安定化するために好ましい。有機系フィラーの平均粒子径の測定方法としては、公知の評価方法であれば特に限定はなく、有機系フィラーを適切に分散させた懸濁液をレーザー回折および散乱法に基づいた評価を行うことが、評価ばらつきを最小に抑える観点で好ましい。また、中間層６に添加される有機系フィラーの平均粒子径は１〜４０μｍであることが好ましく、４〜３０μｍであることが特に好ましい。なお、平均粒子径が１μｍ未満であると、中間層６の膜厚より小さくなるため、凹凸を付与する効果が小さくなる。一方、平均粒子径が４０μｍを超えると、導電性ローラの表面の凸が大きくなるため、画像に悪影響を与える。

中間層６の形成方法としては特に制限はないが、例えば、導電性シャフト２の周りに形成された弾性層３の外周面上に、中間層６を構成する樹脂組成物をスプレー塗布、ディップ塗布、ロールコート等の方法を用いて所定の厚みに塗布し、所定の温度で乾燥、硬化させることにより、中間層６を形成することができる。具体的には、スチレン系熱可塑性エラストマー及び／またはオレフィン系熱可塑性エラストマーを溶剤に溶かして固形分を３〜２０％にし、弾性層３の外周面上にスプレーあるいはディップ塗布する方法が簡便である。このときに使用する溶剤は、中間層６の主成分である熱可塑性エラストマーが相溶すれば特に制限はなく、具体的には、トルエン、キシレン、ヘキサン、メチルエチルケトン、酢酸ブチル、酢酸エチル、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、イソプロパノール、水等が例示されるが、非極性溶剤であるトルエン、キシレン、ヘキサン等が好適に用いられる。さらに、溶液の被膜性を改善するために、レベリング剤等の各種添加剤を必要に応じて添加してもよい。

中間層６の乾燥温度としては、５０〜２００℃が好ましく、さらに中間層６の熱的安定性を考慮すると、５０〜１６０℃が特に好ましい。乾燥温度が５０℃より低いと乾燥が不十分になる場合があり、２００℃より高いと、内層の弾性層３及び中間層６の劣化を招く恐れがある。また、中間層６の厚さは、上記したように５〜３００μｍ程度であり、推奨される範囲は６〜２０μｍ程度である。ここで中間層６の厚さを調整するために、上記したスプレー、ディップ塗布等の方法を数回繰り返し、重ね塗りしてもよい。

上記したような材料を用い、１００％モジュラスが弾性層３の１００％モジュラスよりも高く、且つ８ＭＰａ以下、好ましくは５ＭＰａ以下になるように設計することにより、中間層６を形成することができる。

次に、表面層７について説明する。表面層７の材料としては所望のモジュラスを示すものであれば特に限定はないが、例えば、耐磨耗性能に優れたウレタン樹脂を用いることができる。ウレタン樹脂としては、ウレタン基、ウレア基、アロハネート基及びビュレット基等のウレタン樹脂の製造過程で形成される官能基を有する樹脂であれば、特に限定されるものではない。さらに、表面層７は適度な柔軟性を有する必要があり、この観点からはポリエーテル、ポリエステル、ポリカーボネート骨格を有する樹脂を主な組成とするウレタン樹脂からなることが好ましく、これらはポリエーテルウレタン、ポリエステルウレタン、ポリカーボネートウレタンのブレンド樹脂、あるいは１分子中にウレタン結合とポリエーテル、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリシロキサンからなる群において選ばれる少なくとも１つの骨格を有するウレタン樹脂であってもよい。

また一般的に、ウレタン樹脂は、ヒドロキシ基やアミノ基等の活性水素を持つ化合物とイソシアネート基を持つ化合物を３次元網目構造に重合する熱硬化性ウレタン樹脂と、前記活性水素を持つ化合物とイソシアネート基を持つ化合物を高分子量に重合、鎖伸長した熱可塑性ウレタン樹脂、の２種類に分けられる。熱可塑性ウレタン樹脂は、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、メチルエチルケトン、トルエン、キシレン、イソプロパノール等各種溶剤に可溶であるので、予め重合した熱可塑性ウレタン樹脂を溶剤で希釈し、コーティング、乾燥という、非常に簡便な工程により被覆層を形成することが可能である。また、予め重合するということは、安全上取扱が困難なイソシアネート基を含有する化合物を閉鎖系で重合した後に、残存イソシアネート基をほとんど含有していない熱可塑性ウレタン樹脂として、開放系でコーティングができる。従って、作業性、安全性の観点から、熱可塑性ウレタン樹脂を使用することが特に好ましい。

また一般に、電子写真方式の装置に使用されるローラにおいては、導電領域から半導電領域（１０⁴〜１０¹⁰Ω）に制御する必要があるため、表面層７に導電性付与剤を含有させて導電性を付与する。導電性付与剤としては、上記した弾性層３に含有させる導電性付与剤と同様のものが使用できる。添加量も同様である。なお、上記のウレタン樹脂等に導電性付与剤を添加する際は、溶剤中に導電性付与剤を溶解あるいは分散させる必要がある。例えば、カーボンブラック等の凝集力の強いものを使用する場合は、ビーズミル等の分散機を好適に使用することができ、また、それぞれの材料及び処方に最適な分散剤を選定するのが好ましい。

また、樹脂強度の向上ならびに中間層６との接着性の観点から、表面層７を構成する樹脂組成物には、シリカ、炭酸カルシウム、タルク、クレー等のフィラーやカップリング剤等の各種添加剤を必要に応じて添加してもよい。また、中間層６と表面層７との接着性をさらに向上させるために、中間層６の表面をプライマー処理した後、表面層７を形成することが好ましい。プライマーとしては、各種カップリング剤またはエポキシ化合物を含有する任意のプライマーを使用することができる。

また、上記したように、現像ローラ１を非磁性一成分接触現像方式の現像ローラとして使用する場合には、表面に凹凸を付与する有機系フィラーが中間層６及び／又は表面層７に添加される。表面層７に添加される有機系フィラーとしては、上記した中間層６に添加される有機系フィラーと同様のものが使用できる。平均粒子径の測定方法も同様の方法が採用できる。

表面層７の形成方法としては特に制限はないが、例えば、導電性シャフト２上の弾性層３の周りに形成された中間層６の外周面上に、表面層７を構成する樹脂組成物を一旦溶剤に希釈し、１流体型スプレー塗布、２流体型スプレー塗布、ディップ塗布、ロールコート等の方法を用いて所定の厚みに塗布し、所定の温度で乾燥させることにより、表面層７を形成することができる。具体的には、ウレタン樹脂等及び添加剤を溶剤に溶かして固形分を３〜２０％にし、スプレーあるいはディップ塗布する方法が簡便である。このときに使用する溶剤は、用いる表面層７の主成分であるウレタン樹脂等が相溶すれば特に制限はなく、具体的には、トルエン、キシレン、ヘキサン、メチルエチルケトン、酢酸ブチル、酢酸エチル、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、イソプロパノール、水等が例示されるが、これらに限定されるものではない。さらに、溶液の被膜性を改善するために、レベリング剤等の各種添加剤を必要に応じて添加してもよい。

表面層７の乾燥温度としては、溶剤の沸点との関係にもよるが、一般的には５０〜２００℃が好ましく、さらに被覆層の熱的安定性を考慮すると、５０〜１６０℃が特に好ましい。乾燥温度が５０℃より低いと乾燥が不十分になる場合があり、２００℃より高いと、弾性層３や中間層６並びに表面層７の劣化を招く恐れがある。表面層７の厚さは、上記したように２〜５０μｍ程度であり、推奨される範囲は２〜１０μｍ程度である。ここで中間層６の厚さを調整するために、上記したスプレー、ディップ塗布等の方法を数回繰り返し、重ね塗りしてもよい。

上記したような材料を用い、１００％モジュラスが中間層６の１００％モジュラスよりも低く、且つ５ＭＰａ以下、好ましくは４ＭＰａ以下になるように設計することにより、表面層７を形成することができる。

以下に実施例をもって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

１．弾性層を構成する組成物の１００％モジュラス測定
（Ａ−１）アリル末端ポリオキシプロピレン（商品名：カネカサイリルＡＣＳ００３、カネカ社）：５００ｇと、
（Ｂ−１）ポリオルガノハイドロジェンシロキサン（商品名：ＣＲ１００、カネカ社）：１６ｇと、
（Ｃ−１）ビス（１，３−ジビニル−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン）白金錯体触媒（白金含有率３ｗｔ％、キシレン溶液）：０．３０ｇと、
（Ｄ−１）カーボンブラック（商品名：３０３０Ｂ、三菱化学社）：７０ｇと、
貯蔵安定性改良剤としてマレイン酸ジメチル：０．２０ｇと、
を混合し、１０ｍｍＨｇ以下で１２０分間減圧脱泡して得られた組成物を、縦５ｃｍ、横５ｃｍ、高さ２ｍｍの型に流し込み、１４０℃の環境下で３０分間静置して硬化させた。この硬化物を後述の「弾性層１」に相当する試料とし、ＪＩＳ−Ｃ３００５ゴム・プラスチック絶縁電線試験方法、４・１６絶縁体及びシースの引張りに則った方法にて、精密万能試験機ＡＧＳ−Ｊ（島津製作所社）を用い、１００％モジュラスを評価した。その結果、０．５ＭＰａであった。

２．中間層を構成する組成物の１００％モジュラス測定
セプトン２００２（クラレ社）８０重量部に対して、タフテックＭ１９１３（旭化成ケミカルズ社）２０重量部を混合した配合物の固形分を、キシレンで５％に希釈し、１時間静置した溶液を調製した。この溶液を上記１と同様の型に流し込み、乾燥及び硬化させた。このときの試料の厚みは１００μｍであった。この試料を縦５ｃｍ、横１ｃｍに切断し、後述の「中間層１」に相当する試料とした。この試料について、チャック間距離４５ｍｍの条件で精密万能試験機ＡＧＳ−Ｊ（島津製作所社）により１００％モジュラスを測定した。その結果、３．３ＭＰａであった。

３．表面層を構成する組成物の１００％モジュラス測定
ハイムレンＹ−２３７、同Ｙ−２１０Ｂ、同Ｙ−２５８（以上、大日精化社）を、ＤＭＦ（Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド）：ＭＥＫ（メチルエチルケトン）＝１：１の混合溶媒で５％にそれぞれ希釈し、１時間静置した溶液を調製した。これら溶液を上記１，２と同様の型に流し込み、乾燥及び硬化させた。このときの試料の厚みは１００μｍであった。これらの硬化物を縦５ｃｍ、横１ｃｍに切断し、それぞれ、後述の「表面層１」（Ｙ−２３７）、「表面層２」（Ｙ−２１０Ｂ）、「表面層３」（Ｙ−２５８）に相当する試料とした。これらの試料について、チャック間距離４５ｍｍの条件で精密万能試験機ＡＧＳ−Ｊ（島津製作所社）により１００％モジュラスを測定した。その結果、表面層１相当試料（Ｙ−２３７）では２．７ＭＰａ、表面層２相当試料（Ｙ−２１０Ｂ）では３．２ＭＰａ、表面層３相当試料（Ｙ−２５８）では８．０ＭＰａであった。

４．各種現像ローラの作製
上記１と同様にして（Ａ−１）、（Ｂ−１）、（Ｃ−１）、（Ｄ−１）、及びマレイン酸ジメチルを混合し、１０ｍｍＨｇ以下で１２０分間減圧脱泡して得られた組成物を、直径１２ｍｍのステンレススチール製シャフト上に被覆し、金型内１４０℃の環境下で３０分間静置して硬化させ、厚さ４ｍｍのゴム弾性体からなる弾性層１を形成した。

セプトン２００２（クラレ社）８０重量部とタフテックＭ１９１３（旭化成ケミカルズ社）２０重量部との混合物１８ｇと、導電性付与剤としてのカーボンブラックＨＳ−１００（電気化学工業社）７．２ｇとを、キシレン４００ｇで希釈した溶液を調製し、１時間静置した。この溶液を、弾性層１の周りにディッピングし、乾燥させ、厚みが約１０μｍの中間層１を形成させた。

ハイムレンＹ−２３７、同Ｙ−２１０Ｂ、または同Ｙ−２５８の各６０ｇと、導電性付与剤としてのカーボンブラックＨＳ−１００（電気化学工業社）７．２ｇとを、ＤＭＦ：ＭＥＫ＝１：１の混合溶媒４３７ｇで希釈した溶液（３種類）を調製し、１時間静置した。それぞれの溶液を、中間層１の周りにディッピングし、乾燥させ、厚みが約６μｍの表面層１、２又は３を形成させた。これにより、シャフトの周りに厚さ４ｍｍの弾性層１が同心円上に設けられ、さらに弾性層１上に中間層１が設けられ、またさらに中間層１上に表面層１（実施例１）、表面層２（実施例２）、又は表面層３（比較例１）が設けられた各現像ローラが作製された。

５．トナーフィルミング試験
上記４で作製した各現像ローラについて、トナーフィルミング試験を行った。本試験は各現像ローラにこびりついたトナーの量を測定するものである。すなわち、正常な状態の現像ローラでは、現像ローラ周囲に付着したトナーをエアブローにて除去した後は、現像ローラ表面にトナーがこびりついていないので、ローラ表面に貼った粘着テープへはトナーは転写されない。これに対し、トナーフィルミングが進んだ現像ローラでは、同様の操作を行うと、粘着テープにトナーが転写される。この粘着テープへの転写状態を観察することにより、トナーフィルミングの進み具合が把握できる。

各現像ローラを、カラーレーザービームプリンター（ＬＢＰ−２５１０、キャノン社）のトナーカートリッジ（色：シアン）にセットし、１０℃且つ１５％ＲＨの環境で、１％の画像濃度で１０００枚／時間のスピードで印刷した。試験開始から２時間毎に現像ローラを取り出し、現像ローラ上のトナーをエアーブローにて除去した後、粘着テープを現像ローラの表面に貼り、直ちにこれを外し、トナーの粘着テープへの転写状態を目視で観察した。結果を第１表に示す。第１表において、「○」は粘着テープ上にトナーのこびりつきが認められなかったことを示し、「△」は粘着テープ上にトナーのこびりつきが薄く認められたが、印刷結果への影響は認められなかったことを示し、「×」は粘着テープ上にトナーのこびりつきが多量に認められ、且つ印刷結果への影響も認められたことを示す。すなわち、実施例１の現像ローラでは、試験開始から１４時間経ってもトナーのこびりつきは認められず、印刷結果にも影響が認められなかった。また、実施例２の現像ローラでは、試験開始から２０時間経ってもトナーのこびりつきは認められず、印刷結果にも影響が認められなかった。一方、比較例１の現像ローラでは、試験開始から８時間でトナーのこびりつきが認められ、さらに、試験開始から１２時間では多量のトナーこびりつきが認められ、印刷結果にも影響が認められた。

６．帯電量試験

上記４で作製した各現像ローラについて、帯電量試験を行った。本試験は、各現像ローラ表面に静電的に付着したトナーの帯電量を測定するものである。トナーフィルミングの原因となる劣化したトナーの増加に伴い、トナー自体の性能が劣化、すなわちトナーの帯電量が低下する。

上記５と同様に、各現像ローラを、カラーレーザービームプリンター（ＬＢＰ−２５１０、キャノン社）のトナーカートリッジ（色：シアン）にセットし、１０℃且つ１５％ＲＨの環境で、１％の画像濃度で１０００枚／時間のスピードで印刷した。試験開始から１時間毎に現像ローラを取り出し、現像ローラ上の１ｃｍ×１５ｃｍの一定領域に付着したトナーを、吸引式小型帯電測定装置Ｍｏｄｅｌ２１０ＨＳ−２Ａ（トレック社）にて測定した。結果を図３に示す。図３は、各現像ローラにおける評価時間（ｈ）と帯電量（μＣ）との関係を表すグラフである。グラフ中の曲線は対数による近似曲線である。すなわち、実施例１及び２の現像ローラでは、いずれも比較例１の現像ローラに比べてトナーの帯電量の変化が小さかった。

７．表面層の厚さの影響
表面層１，２，３の厚さを約１２μｍに変更した以外は上記の実施例１、２及び比較例１と同じ現像ローラを作製し（それぞれ、実施例１’、実施例２’、及び比較例１’とする）、トナーフィルミング試験を行った。トナーフィルミング試験の結果を第２表に示す。「○」、「△」、「×」の意味は第１表と同じである。すなわち、いずれの現像ローラにおいても表面層の厚さが１０μｍ未満の現像ローラの方（実施例１、実施例２、及び比較例１）が、トナーのこびりつきが特に少なかった。以上より、表面層の厚さは１０μｍ未満が特に好ましいことが示された。なお、実施例１’、２’の現像ローラにおいても比較例１’の現像ローラに比べてトナーの帯電量の変化が小さいことが、同時に示された。

電子写真方式による印字装置の構成を表す概略図である現像ローラの断面図及びその一部拡大断面図である。帯電性試験の結果を表すグラフである。

符号の説明

１現像ローラ
２導電性シャフト（芯体）
３弾性層
６中間層
７表面層
１０感光ドラム

Claims

感光ドラムに接した状態で回転し、感光ドラムにトナーを供給する現像ローラであって、芯体の外周側に弾性層が設けられ、最外表面に樹脂又はゴムを素材とする表面層があり、前記表面層と弾性層との間に樹脂又はゴムを素材とする中間層が設けられた現像ローラにおいて、表面層を構成する樹脂又はゴムのモジュラスは、隣接する中間層のモジュラスよりも低く、当該中間層のモジュラスは、弾性層のモジュラスよりも高いことを特徴とする現像ローラ。
感光ドラムに接した状態で回転し、感光ドラムにトナーを供給する現像ローラであって、芯体の外周側に弾性層が設けられ、最外表面に樹脂又はゴムを素材とする表面層があり、前記表面層と弾性層との間に樹脂又はゴムを素材とする中間層が設けられた現像ローラにおいて、表面層を構成する樹脂又はゴムの１００％モジュラスは５ＭＰａ以下であり、且つ表面層を構成する樹脂又はゴムの１００％モジュラスは、隣接する中間層の１００％モジュラスよりも低く、当該中間層の１００％モジュラスは、弾性層の１００％モジュラスよりも高いことを特徴とする現像ローラ。
表面層の厚さは１０μｍ未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載の現像ローラ。