JP2008070438A - 現像ローラ及びその製造方法、並びにそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造時の作業環境に優しい手法で製造することが可能で、かつ、均一な表面粗さを有する現像ローラを提供する。
【解決手段】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一層以上の樹脂被覆層４とを備えた現像ローラ１において、前記弾性層３が発泡体からなり、前記樹脂被覆層４が、水系の紫外線硬化型樹脂を含む水性塗料から形成される。ここで、前記水系の紫外線硬化型樹脂が、エマルジョンタイプ又は水溶性タイプであることが好ましい
【選択図】図１

Description

本発明は、弾性層と樹脂被覆層とを有する現像ローラ及びその製造方法、並びに該現像ローラを備えた画像形成装置に関し、特に製造時の作業環境に優しい手法で製造することが可能な現像ローラと、該現像ローラを備えた、良好な画像を形成することが可能な画像形成装置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にトナーを供給し、感光ドラムの潜像に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、ポリウレタン、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）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の防止等を目的として、上記弾性層の表面に、更に樹脂被覆層を形成する場合がある。

上記弾性層の外周面に樹脂被覆層を形成する手段として、例えば、弾性層の表面に有機溶剤系の紫外線硬化型樹脂を塗布及び乾燥した後に、紫外線照射により硬化させて樹脂被覆層を形成する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上記有機溶剤系の紫外線硬化型樹脂からなる樹脂被覆層が弾性層の外周面に配設された現像ローラは、製造時の作業環境に問題がある上に、樹脂被覆層の原料塗料中に含まれる有機溶剤による弾性層の溶解・破損から、表面粗さにバラツキが生じてしまう問題がある。このため、かかる現像ローラを画像形成装置に連続使用した場合、良好な画像を安定して形成することが困難となる。

特開２００４−０９０４３０号公報

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、製造時の作業環境に優しい手法で製造することが可能で、かつ、均一な表面粗さを有する現像ローラと、該現像ローラの製造方法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た、良好な画像を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、従来用いられることのなかった水系の紫外線硬化型樹脂を含む水性塗料を用いることで、製造時の作業環境上問題なく樹脂被覆層を形成することができ、加えて、得られた現像ローラが均一な表面粗さを有することを見出し、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一層以上の樹脂被覆層とを備え、
前記弾性層が発泡体からなり、
前記樹脂被覆層が、水系の紫外線硬化型樹脂を含む水性塗料から形成されたものであることを特徴とする。

本発明の現像ローラは、前記水系の紫外線硬化型樹脂が、エマルジョンタイプ又は水溶性タイプであることが好ましい。

ここで、紫外線硬化型樹脂とは、紫外線により重合可能な樹脂及び／又は化合物から構成されたものである。また、エマルジョンタイプとは、上記水系の紫外線硬化型樹脂が水に分散するタイプのものをいい、一方、水溶性タイプとは、上記水系の紫外線硬化型樹脂が水に溶解するタイプのものをいう。

本発明の現像ローラの好適例においては、前記水性塗料が、更に、電子導電剤を含む。

また、本発明の現像ローラの製造方法は、前記水系の紫外線硬化型樹脂を含む水性塗料を前記弾性層の外周面に塗布した後、紫外線の照射により該水系の紫外線硬化型樹脂を硬化させることを特徴とする。ここで、上記紫外線の積算光量が50〜2000mJ/cm²であるのが好ましい。

更に、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、弾性層の外周上に水系の紫外線硬化型樹脂を含む水性塗料からなる樹脂被覆層を備えた、製造時の作業環境に優しい手法で製造することが可能で、かつ、均一な表面粗さを有する現像ローラと、該現像ローラの製造方法を提供することができる。また、かかる現像ローラを備えた、良好な画像を安定して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。

＜現像ローラ＞
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被覆層４とを備える。なお、図示例の現像ローラ１は、樹脂被覆層４を一層のみ有するが、本発明の現像ローラは、樹脂被覆層を二層以上有していてもよい。

本発明の現像ローラは、上記弾性層３が発泡体からなり、また、上記樹脂被覆層４が、水系の紫外線硬化型樹脂を含む水性塗料から形成されたものであることを特徴とする。本発明の現像ローラを構成する樹脂被覆層は、例えば、水系の紫外線硬化型樹脂を含む水性塗料を弾性層に塗布及び乾燥した後、紫外線照射により形成することができるが、本発明においては、製造時に揮発する溶剤が水であるため、作業環境に優しい手法で製造することができる。また、従来の有機溶剤系の紫外線硬化型樹脂を含む塗料を用いて樹脂被覆層を形成する場合、該塗料に含まれる有機溶剤による弾性層の溶解・破損から、弾性層を構成する発泡体の気泡がつぶれる問題があったが、本発明の現像ローラに用いる水性塗料は、有機溶剤を使用しないため、弾性層を構成する発泡体の気泡がつぶれることがなく、該弾性層の硬化を防止し、発泡体の圧縮永久歪性能を維持することができる。かかる弾性層を有する現像ローラは、表面の粗さが均一で、良好な圧縮永久歪性能を有するために、該現像ローラを画像形成装置に連続使用した場合、トナーに強いダメージを与えることがなく、良好な画像を安定して形成することができる。加えて、本発明の現像ローラに用いる水性塗料は、エマルジョンタイプ及び水溶性タイプの両タイプともに分散剤を用いていないため、感光ドラムの汚染を防止することができる。

本発明の現像ローラのシャフト部材としては、良好な導電性を有する限り特に制限はなく、例えば、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や高剛性樹脂製の円筒体、芯金の外周に高剛性樹脂を配置した複合体等が挙げられる。なお、シャフト部材に高剛性の樹脂を使用する場合、高剛性樹脂に導電剤を添加・分散させて、十分に導電性を確保することが好ましい。ここで、高剛性樹脂に分散させる導電剤としては、カーボンブラック粉末、グラファイト粉末、カーボンファイバー、アルミニウム、銅、ニッケル等の金属粉末、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛等の金属酸化物粉末、導電性ガラス粉末等の粉末状導電剤が好ましい。これら導電剤は、一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。該導電剤の配合量は、特に制限されるものではないが、高剛性樹脂の全体に対して5〜40質量％の範囲が好ましく、5〜20質量％の範囲が更に好ましい。

上記金属製芯金や金属製円筒体の材質としては、鉄、ステンレス、アルミニウム等が挙げられる。また、上記高剛性の樹脂基材の材質としては、ポリアセタール、ポリアミド６、ポリアミド６・６、ポリアミド１２、ポリアミド４・６、ポリアミド６・１０、ポリアミド６・１２、ポリアミド１１、ポリアミドＭＸＤ６、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアリレート、液晶ポリマー、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン、ポリエチレン、メラミン樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。これらの中でも、ポリアセタール、ポリアミド６・６、ポリアミドＭＸＤ６、ポリアミド６・１２、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネートが好ましい。これら高剛性樹脂は、一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

本発明の現像ローラの弾性層は、発泡体からなり、必要に応じて導電剤等の他の成分を含むことができる。本発明の現像ローラの弾性層が発泡体からなる場合、現像ローラの硬度及び圧縮永久歪が十分に低減され、トナーが損傷を受けるのを防止し、良好な画像を形成することができる。ここで、発泡体の形成にはエラストマーを用いることができ、該エラストマーとしては、ポリウレタン、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（ＮＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ポリノルボルネンゴム、ブチルゴム（ＩＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、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）及びこれらの混合物等が挙げられ、これらの中でも、ポリウレタンが好ましい。

上記弾性層に用いることができる導電剤としては、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。

上記弾性層を構成する発泡体の形成方法としては、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、上記エラストマーの原料を機械的に攪拌して気泡を混入させる等して発泡体を形成させる方法が挙げられる。本発明において、上記弾性層を構成する発泡体は、ウレタン原料を機械撹拌発泡して得られる発泡ウレタン、即ち、メカニカル・フロス法発泡成形ウレタンからなることが好ましい。該発泡ウレタンは、発泡剤を用いることなく、ウレタン原料を機械的に撹拌して気泡を混入させる方法で製造される。ここで、ウレタン原料としては、ポリオール及びポリイソシアネート、又はポリオールとポリイソシアネートから合成したウレタンプレポリマー及び鎖延長剤が挙げられ、該ウレタン原料には、更に触媒、整泡剤並びに上述の導電剤等を添加することができる。また、上記発泡ウレタン中の気泡は主として独立気泡であり、その発泡倍率及び密度はエアーの入れ方で適宜調整することができる。

上記発泡ウレタン原料として用いることができるポリオールとしては、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリテトラメチレングリコール、ポリブタジエンポリオール、プロピレンオキサイド（ＰＯ）変性ポリブタジエンポリオール及びポリイソプレンポリオール等が挙げられる。なお、上記ポリエステルポリオールは、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、１,４-ブタンジオール、１,６-ヘキサンジオール、プロピレングリコール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン等の多価アルコールと、アジピン酸、グルタル酸、コハク酸、セバシン酸、ピメリン酸、スベリン酸等の多塩基カルボン酸とから得られ、また、上記ポリエーテルポリオールは、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン等の多価アルコールに、エチレンオキシドやプロピレンオキシド等のアルキレンオキサイドを付加させて得られる。

上記発泡ウレタン原料として用いることができるポリイソシアネートとしては、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、粗製ジフェニルメタンジイソシアネート（クルードＭＤＩ）、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、水素添加ジフェニルメタンジイソシアネート、水素添加トリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）や、これらのイソシアヌレート変性物、カルボジイミド変性物、グリコール変性物等を用いることができる。これらポリイソシアネートの使用量は、該ポリイソシアネートのイソシアネート基（ＮＣＯ）と上記ポリオールの水酸基（ＯＨ）との比（ＮＣＯ／ＯＨ）が95／100〜110／100の範囲になるよう適宜選択されることが好ましい。

上記ポリイソシアネートは、上記ポリオールとワンショット法で反応させてもよいし、予め上記ポリオールと反応させてウレタンプレポリマーとした後、触媒の存在下、鎖延長剤等と反応させてもよい。なお、合成されたウレタンプレポリマーのＮＣＯ基含有率は、3〜30質量％の範囲が好ましく、5〜15質量％の範囲が更に好ましく、ウレタンプレポリマーの合成におけるポリイソシアネート及びポリオールの使用量は、ウレタンプレポリマーのＮＣＯ基含有率が上記の範囲になるよう適宜選択されることが好ましい。また、上記鎖延長剤は、上記ウレタンプレポリマー同士を連結する化合物であり、具体的には、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、オクタンジオール、トリメチロールプロパン、ポリエーテルポリオール、ポリテトラメチレングリコール、ポリブタジエンポリオール及びポリイソプレンポリオール等が挙げられる。これら鎖延長剤の使用量は、上記ウレタンプレポリマーのイソシアネート基（ＮＣＯ）と鎖延長剤の水酸基（ＯＨ）との比（ＮＣＯ／ＯＨ）が95／100〜110／100の範囲になるよう、適宜選択されることが好ましい。

上記発泡ウレタン原料に用いることができる触媒は、ウレタン化反応用の触媒であり、具体的には、ジブチルスズジラウレート，ジブチルスズジアセテート，ジブチルスズチオカルボキシレート，ジブチルスズジマレエート，ジオクチルスズチオカルボキシレート，オクテン酸スズ等の有機スズ化合物；オクテン酸鉛等の有機鉛化合物；トリエチルアミン，ジメチルシクロヘキシルアミン等のモノアミン類；テトラメチルエチレンジアミン，テトラメチルプロパンジアミン，テトラメチルヘキサンジアミン等のジアミン類；ペンタメチルジエチレントリアミン，ペンタメチルジプロピレントリアミン，テトラメチルグアニジン等のトリアミン類；トリエチレンジアミン，ジメチルピペラジン，メチルエチルピペラジン，メチルモルホリン，ジメチルアミノエチルモルホリン，ジメチルイミダゾール等の環状アミン類；ジメチルアミノエタノール，ジメチルアミノエトキシエタノール，トリメチルアミノエチルエタノールアミン，メチルヒドロキシエチルピペラジン，ヒドロキシエチルモルホリン等のアルコールアミン類；ビス(ジメチルアミノエチル)エーテル，エチレングリコールビス(ジメチル)アミノプロピルエーテル等のエーテルアミン類等が挙げられる。これら触媒の中でも、有機スズ化合物が好ましい。これら触媒は、一種単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。上記触媒の使用量は、上記ポリオール又はウレタンプレポリマー100質量部に対して0.001〜2.0質量部の範囲が好ましい。

上記発泡ウレタン原料に用いることができる整泡剤としては、ポリエーテル変性シリコーンオイル等のシリコーン系整泡剤の他、イオン性界面活性剤、ノニオン性界面活剤等を挙げることができる。該整泡剤の使用量は、上記ポリオール又はウレタンプレポリマー100質量部に対して0.5〜5.0質量部の範囲が好ましい。

上記エラストマー原料、好ましくは機械的攪拌により発泡させたウレタン原料を、予めシャフトが配置された円筒状のモールドに注入し、反応硬化させることで、シャフトの外周上に弾性層を有するローラ本体を得ることができる。

本発明の現像ローラは、トナーに対する帯電性や付着性を制御したり、感光ドラム及び成層ブレード等との摩擦力を低減したり、弾性層による感光ドラム等の汚染を防止するために、上記弾性層の外周面上に一層以上の樹脂被覆層を備える。該樹脂被覆層は、水系の紫外線硬化型樹脂を含む水性塗料から形成される。

上記紫外線硬化型樹脂は、紫外線により重合可能な樹脂及び／又は化合物、好ましくは、紫外線により重合可能な炭素原子間二重結合を有する樹脂及び／又は化合物よりなる。なお、上記紫外線により重合可能な樹脂及び／又は化合物は、１種単独で使用しても、２種以上を混合して用いてもよい。また、上記水性塗料に用いる水系の紫外線硬化型樹脂としては、水に溶解又は分散するものであればいかなる紫外線硬化型樹脂であっても好適に使用でき、エマルジョンタイプのものと水溶性タイプのものとを併用してもよい。

上記水性塗料に用いる水系の紫外線硬化型樹脂としては、紫外線により重合可能な炭素原子間二重結合を有する樹脂及び／又は化合物が好ましく、(メタ)アクリレートモノマー及びオリゴマーが更に好ましい。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、シリコーン系(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。

上記樹脂被覆層の形成に用いる水性塗料は、上記水系の紫外線硬化型樹脂に加えて、有機溶剤の代わりに水を含有する限り特に制限はなく、例えば、反応性希釈剤、光重合開始剤、導電剤、微粒子等を含有してもよい。

上記樹脂被覆層の形成に用いる水性塗料は、水性塗料の粘度を調整するために、必要に応じて重合性二重結合を有する反応性希釈剤を含有してもよい。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官能又は多官能の重合性化合物等を使用することができる。上記水性塗料における反応性希釈剤の配合量は、上記水系の紫外線硬化型樹脂100質量部に対して、10〜200質量部の範囲が好ましい。

上記樹脂被覆層の形成に用いる水性塗料は、光重合開始剤を含有することが好ましく、該光重合開始剤は、紫外線を照射されることによって、上述した(メタ)アクリレートモノマーや(メタ)アクリレートオリゴマーの重合を開始させる作用を有する。該光重合開始剤としては、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。上記水性塗料における光重合開始剤の配合量は、上記水系の紫外線硬化型樹脂100質量部に対して、0.2〜5.0質量部の範囲が好ましい。光重合開始剤の配合量が0.2質量部以下では、紫外線硬化型樹脂の紫外線硬化を開始させる効果が小さく、一方、5.0質量部を超えると、紫外線硬化を開始させる効果が飽和する一方、コストが高くなる。

上記水性塗料に光重合開始剤を配合する場合、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更に水性塗料に添加してもよい。これら光重合促進剤の添加量は、上記水系の紫外線硬化型樹脂100質量部に対して0.01〜10質量部の範囲が好ましい。

上記樹脂被覆層の形成に用いる水性塗料には、樹脂被覆層に導電性を付与するために、導電剤を添加してもよく、該導電剤としては、上記弾性層に用いることができ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が、これらの中でも、電子導電剤が好ましく、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、カーボンウィスカー、黒鉛ウィスカー等が更に好ましい。上記水性塗料における導電剤の配合量は、上記水系の紫外線硬化型樹脂100質量部に対して、0.1〜20質量部の範囲が好ましい。また、上記樹脂被覆層は、上記導電剤の添加により、体積抵抗値が1×10³〜1×10⁹Ω・cmの範囲になるように調整されることが好ましい。

上記樹脂被覆層の形成に用いる水性塗料は、更に、微粒子を含有してもよい。樹脂被覆層に微粒子を含ませることで、現像ローラの表面に適度な微小凹凸を形成することができる。該微粒子としては、ゴム又は合成樹脂製の微粒子やカーボン製の微粒子およびシリカ系微粒子等の無機微粒子が好ましく、シリコーンゴム、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ウレタン樹脂、ポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリスチレン樹脂、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、ガラス状カーボン製の微粒子およびシリカ微粒子が特に好ましい。これら微粒子は、１種単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。また、上記水性塗料における微粒子の配合量は、上記水系の紫外線硬化型樹脂100質量部に対して、5〜40質量部の範囲が好ましい。更に、上記微粒子の平均粒径は、3〜20μmの範囲が好ましい。

上記樹脂被覆層の厚さは、特に制限されるものではないが、30μm以下であることが好ましい。ここで、厚さは、平均厚さをさす。樹脂被覆層の厚さが30μmを超えると、樹脂被覆層が硬くなって柔軟性が損なわれる場合があり、耐久性が低下して使用によりクラックが発生したり、トナーにダメージを与えて感光ドラム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おそれがあることに加え、市販の微粒子を使用して現像ローラの表面粗さを所望の範囲に制御することが難しく、十分な表面粗さを確保できないことがある。

本発明の現像ローラの製造方法は、特に限定されるものではなく、樹脂被覆層を構成する各成分を含む水性塗料を調製し、該水性塗料をディップ法、ロールコーター法、ドクターブレード法又はスプレー法等によって、上述の方法で得たローラ本体の弾性層上に塗布し、乾燥した後、紫外線照射により樹脂被覆層を形成させて現像ローラを製造する方法が好適に採用される。なお、本発明の現像ローラの製造においては、製造コストを低減するために、工程数を少なくすることが好ましく、例えば、上記シャフト部材と上記弾性層とからなるローラ本体を上記水性塗料に一度浸漬し、適宜乾燥する等して樹脂被覆層を形成することが好ましい。また、紫外線照射に用いる光源としては、水銀灯、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等が挙げられる。紫外線照射の条件は、水系の紫外線硬化型樹脂の種類や塗布量に応じて適宜選択され、例えば、照射強度10〜2000mW/cm²、積算光量50〜2000mJ/cm²の範囲が好ましい。

本発明の現像ローラの表面粗さは、ＪＩＳ １０点平均粗さ（Ｒｚ）が10μm以下であることが好ましい。現像ローラのＪＩＳ １０点平均粗さ（Ｒｚ）が10μm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。なお、この平均粗さ（Ｒｚ）は、上記微粒子の平均粒径及び粒径分布等を選択することでコントロールすることができる。

本発明の現像ローラの抵抗値は、特に制限されるものではないが、良好な画像を得るために電気抵抗が10³〜10¹⁰Ωであることが好ましく、10⁴〜10⁸Ωであることが更に好ましい。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、また感光ドラム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ドラムに現像する場合、現像バイアスが現像ローラ自体の高抵抗のために電圧降下を起こし、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は、アスカーＣ硬度が60°以下であることが好ましい。アスカーＣ硬度が60°以下の低硬度な現像ローラであれば、画像形成装置に組み込んだ場合に、現像ローラと、感光ドラム、ブレード及びトナー供給ローラ等との間でトナーが損傷を受けるのを防止して、十分に良好な画像を形成することができる。

＜画像形成装置＞
本発明の画像形成装置は、表面の粗さが均一な上記現像ローラを備えるため、連続使用時に良好な画像を安定して形成することができる。本発明の画像形成装置は、上記現像ローラを備える以外、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、トナー５を供給するためのトナー供給ローラ６と、静電潜像を保持した感光ドラム７と、トナー供給ローラ６と感光ドラム７との間に配置された上述の現像ローラ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８と、感光ドラム７の近傍（図では上方）に位置する帯電ローラ９と、感光ドラム７の近傍（図では下方）に位置する転写ローラ１０と、感光ドラム７に隣接して設けられたクリーニング部１１とを備える。なお、本発明の画像形成装置は、更に画像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、感光ドラム７に帯電ローラ９を当接させて、感光ドラム７と帯電ローラ９との間に電圧を印加して、感光ドラム７を一定電位に帯電させた後、露光機（図示せず）により静電潜像が感光ドラム７上に形成する。次に、トナー供給ローラ６と、現像ローラ１と、感光ドラム７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６上のトナー５が現像ローラ１を経て感光ドラム７に送られる。現像ローラ１上のトナー５は、成層ブレード８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７とが接触しながら回転することにより、トナー５が現像ローラ１から感光ドラム７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５は、転写ローラ１０で紙等の記録媒体に転写され、また、転写後に感光ドラム７上に残留するトナー５は、クリーニング部１１のクリーニングブレード１２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に上述した表面の粗さが均一の現像ローラを用いることで、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。

（ローラ本体の作製）
ポリエーテルポリオールによりプレポリマー化されたＮＣＯ含有率6.7％のポリオール変性トリレンジイソシアネートであるイソシアネート成分100質量部と、導電性カーボンブラック2.0質量部、水酸基価37.0mgKOH/gで平均官能基数３のポリエーテルポリオール21質量部、水酸基価388mgKOH/gで平均官能基数３のポリエーテルポリオール19質量部、水酸基価34mgKOH/gの反応性シリコーン整泡剤（ポリジメチルシロキサン／ポリエチレンオキサイド共重合体）5質量部、過塩素酸ナトリウム0.3質量部及びジブチルスズジラウレート0.2質量部とを混合し、ポリウレタン原料を調製した。このポリウレタン原料をメカニカルフロス法により発泡させた。この発泡ポリウレタン原料を、金属軸がセットされた金型に注型することにより、軸の周囲にウレタン発泡体の弾性層を有するローラ本体を作製した。なお、得られたウレタン発泡体の発泡倍率は1.6倍であった。

（実施例１）
エマルジョンタイプの水系紫外線硬化型樹脂［第一工業製薬（株）製、商品名：Ｒ-５００２、固形分40％］100質量部と、ウレタン粒子［大日本インキ化学工業（株）製、商品名：バーノック１０１-４０、平均粒径12μm］10質量部と、光重合開始剤［チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製、商品名：イルガキュア１１７３］1質量部とを精製水70質量部に分散させ、攪拌モータで30分間攪拌し、樹脂被覆層用の塗料を調製した。その後、上記発泡ポリウレタンからなる弾性層を有するローラ本体に、得られた樹脂被覆層用塗料を浸漬法によりコーティングし、室温で20分間乾燥した後、窒素雰囲気下で回転させながら、照射強度50mW/cm²、積算光量1000mJ/cm²で紫外線照射し、厚さ約10μmの樹脂被覆層を有する現像ローラを作製した。

（実施例２）
エマルジョンタイプの水系紫外線硬化型樹脂［第一工業製薬（株）製、商品名：Ｒ-５００２、固形分40％］100質量部と、水系カーボン分散液［ライオン（株）製、商品名：Ｗ-３１１Ｎ］5質量部と、ウレタン粒子［大日本インキ化学工業（株）製、商品名：バーノック１０１-４０、平均粒径12μm］10質量部と、光重合開始剤［チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製、商品名：イルガキュア１１７３］0.5質量部と、更に光重合開始剤［チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製、商品名：ダロキュア８１９ＤＷ］0.5質量部とを精製水70質量部に分散させ、攪拌モータで30分間攪拌し、樹脂被覆層用の塗料を調製した。その後、上記発泡ポリウレタンからなる弾性層を有するローラ本体に、得られた樹脂被覆層用塗料を浸漬法によりコーティングし、室温で20分間乾燥した後、窒素雰囲気下で回転させながら、照射強度50mW/cm²、積算光量1000mJ/cm²で紫外線照射し、厚さ約10μmの樹脂被覆層を有する現像ローラを作製した。

（実施例３）
水溶性タイプの水系紫外線硬化型樹脂［新中村化学工業（株）製、商品名：Ｕ-Ｗ２Ａ、固形分100％］100質量部と、ウレタン粒子［根上工業（株）製、商品名：アートパールＣ６００、平均粒径10μm］10質量部と、光重合開始剤［チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製、商品名：イルガキュア１１７３］1質量部とを精製水80質量部に分散させ、攪拌モータで30分間攪拌し、樹脂被覆層用の塗料を調製した。その後、上記発泡ポリウレタンからなる弾性層を有するローラ本体に、得られた樹脂被覆層用塗料を浸漬法によりコーティングし、室温で20分間乾燥した後、窒素雰囲気下で回転させながら、照射強度50mW/cm²、積算光量1000mJ/cm²で紫外線照射し、厚さ約10μmの樹脂被覆層を有する現像ローラを作製した。

（実施例４）
水溶性タイプの水系紫外線硬化型樹脂［新中村化学工業（株）製、商品名：Ｕ-Ｗ２Ａ、固形分100％］100質量部と、水系カーボン分散液［ライオン（株）製、商品名：Ｗ-３１１Ｎ］5質量部と、ウレタン粒子［根上工業（株）製、商品名：アートパールＣ６００、平均粒径10μm］10質量部と、光重合開始剤［チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製、商品名：イルガキュア１１７３］0.5質量部と、更に光重合開始剤［チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製、商品名：ダロキュア８１９ＤＷ］0.5質量部とを精製水80質量部に分散させ、攪拌モータで30分間攪拌し、樹脂被覆層用の塗料を調製した。その後、上記発泡ポリウレタンからなる弾性層を有するローラ本体に、得られた樹脂被覆層用塗料を浸漬法によりコーティングし、室温で20分間乾燥した後、窒素雰囲気下で回転させながら、照射強度50mW/cm²、積算光量1000mJ/cm²で紫外線照射し、厚さ約10μmの樹脂被覆層を有する現像ローラを作製した。

（実施例５）
エマルジョンタイプの水系紫外線硬化型樹脂［第一工業製薬（株）製、商品名：Ｒ-５００２、固形分40％］100質量部と、水溶性タイプの水系紫外線硬化型樹脂［水溶性アクリルモノマー：アクリロイルモルホリン（ＡＣＭＯ）、新中村化学工業（株）製、固形分100％］20質量部と、水系カーボン分散液［ライオン（株）製、商品名：Ｗ-３１１Ｎ］5質量部と、ウレタン粒子［大日本インキ化学工業（株）製、商品名：バーノック１０１-４０、平均粒径12μm］10質量部と、光重合開始剤［チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製、商品名：イルガキュア１１７３］0.5質量部と、更に光重合開始剤［チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製、商品名：ダロキュア８１９ＤＷ］0.5質量部とを精製水70質量部に分散させ、攪拌モータで30分間攪拌し、樹脂被覆層用の塗料を調製した。その後、上記発泡ポリウレタンからなる弾性層を有するローラ本体に、得られた樹脂被覆層用塗料を浸漬法によりコーティングし、室温で20分間乾燥した後、窒素雰囲気下で回転させながら、照射強度50mW/cm²、積算光量1000mJ/cm²で紫外線照射し、厚さ約10μmの樹脂被覆層を有する現像ローラを作製した。

（実施例６）
紫外線の積算光量を40mJ/cm²に変更する以外は、実施例１と同様にして、現像ローラを作製した。

（実施例７）
紫外線の積算光量を3000mJ/cm²に変更する以外は、実施例１と同様にして、現像ローラを作製した。

（比較例１）
有機溶剤系の紫外線硬化型樹脂［共栄社化学（株）製、商品名：ＵＦ-８００１、固形分100％］100質量部と、ウレタン粒子［根上工業（株）製、商品名：アートパールＣ６００、平均粒径10μm］10質量部と、光重合開始剤［チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製、商品名：イルガキュア１１７３］1質量部とをメチルエチルケトン（ＭＥＫ）150質量部に分散させ、攪拌モータで30分間攪拌し、樹脂被覆層用の塗料を調製した。その後、上記発泡ポリウレタンからなる弾性層を有するローラ本体に、得られた樹脂被覆層用塗料を浸漬法によりコーティングし、室温で20分間乾燥した後、窒素雰囲気下で回転させながら、照射強度50mW/cm²、積算光量1000mJ/cm²で紫外線照射し、厚さ約10μmの樹脂被覆層を有する現像ローラを作製した。

次に、得られた現像ローラのアスカーＣ硬度、ローラ抵抗、ＪＩＳ １０点平均粗さ（Ｒｚ）、感光ドラムの汚染性、外観（塗り斑）、樹脂被覆層の接着性、画像特性を下記の方法で測定・評価した。結果を表１に示す。

（１）アスカーＣ硬度
マイクロゴム硬度計ＭＤ−１［高分子計器社製］を用いて、現像ローラの表面硬度を測定した。

（２）ローラ抵抗
円柱状の対極に現像ローラの外周面を1kgf/cm²の圧力で押し当て、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た。

（３）表面粗さ
ＪＩＳ Ｂ０６０１に準拠してＪＩＳ １０点平均粗さ（Ｒｚ）を求めた。

（４）感光ドラムの汚染性
現像ローラを感光ドラムに1kgfの荷重で押し付け、40℃、95％ＲＨの高温高湿の環境下に１週間保存した後、該現像ローラを実機に組み付けて画像出しし、現像ローラと接触部の画像を下記基準で判断した。
「○」は、感光ドラムの汚染が見られなかったものを示し、「△」は、感光ドラムの汚染が若干見られたものを示し、「×」は、ブリードして感光ドラムの汚染が見られたものを示す。

（５）外観（塗り斑）
現像ローラの外観について目視により下記基準で判断した。
「○」は、ムラがないもの（画像ムラなし）を示し、「△」は、若干のムラがあるもの（画像ムラなし）を示し、「×」は、ムラがあるもの（画像ムラあり）を示す。

（６）樹脂被覆層の接着性
3000枚の通紙耐久試験後に、現像ローラの表面を目視観察し、下記基準で判断した。
「○」は、樹脂被覆層のハガレがないものを示し、「×」は、樹脂被覆層が浮いているか、若しくは剥がれているものを示す。

（７）画像濃度
現像ローラをカートリッジに組み込み、低温低湿（Ｌ/Ｌ）環境下（15℃、10％ＲＨ）、高温高湿（Ｈ/Ｈ）環境下（30℃、80％ＲＨ）において、ヒューレットパッカード社製カラーＬＢＰ４６００にて印字率2％の連続画像形成を行い、初期と3000枚印刷後にベタ画像とハーフトーン画像を形成した。ベタ画像とハーフトーン画像について、目視にて下記基準で判断した。
「○」は、濃度ムラがないものを示し、「△」は、若干の濃度ムラがあるものを示し、「×」は、濃度ムラがあるものを示す。

（８）耐かぶり性
白ベタの画像出し中に、プリンタを強制停止し、白地部分における感光ドラムへのトナーの飛翔量をテープ転写による濃度比較により評価した。なお、マクベス濃度計を用いて、0.00の白地部分に対する相対濃度を測定し、下記基準で判断した。
「○」は、相対濃度が0.15未満のものを示し、「△」は、相対濃度が0.15以上0.20未満のものを示し、「×」は、相対濃度が0.20以上のものを示す。

表１から明らかなように、実施例の現像ローラは、比較例の現像ローラに比べて、感光ドラムを汚染することがなく、画像特性が良好であることが分かる。更に、実施例１〜５の現像ローラは、積算光量が50〜2000mJ/cm²の紫外線照射により水系紫外線硬化型樹脂を硬化させているため、実施例６〜７の現像ローラよりも、感光ドラム汚染性及び画像特性が優れていることが分かる。

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 樹脂被覆層
５ トナー
６ トナー供給ローラ
７ 感光ドラム
８ 成層ブレード
９ 帯電ローラ
１０ 転写ローラ
１１ クリーニング部
１２ クリーニングブレード

Claims (7)

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一層以上の樹脂被覆層とを備えた現像ローラにおいて、
   前記弾性層が発泡体からなり、
   前記樹脂被覆層が、水系の紫外線硬化型樹脂を含む水性塗料から形成されたものであることを特徴とする現像ローラ。
2. 前記水系の紫外線硬化型樹脂が、エマルジョンタイプであることを特徴とする請求項１に記載の現像ローラ。
3. 前記水系の紫外線硬化型樹脂が、水溶性タイプであることを特徴とする請求項１に記載の現像ローラ。
4. 前記水性塗料が、更に、電子導電剤を含む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. 前記水系の紫外線硬化型樹脂を含む水性塗料を前記弾性層の外周面に塗布した後、紫外線の照射により該水系の紫外線硬化型樹脂を硬化させ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の製造方法。
6. 前記紫外線の積算光量が50〜2000mJ/cm²であることを特徴とする請求項５に記載の現像ローラの製造方法。
7. 請求項１〜４のいずれかに記載の現像ローラを備えた画像形成装置。

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