JP3800773B2 - 電子写真方式に用いるローラ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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ローラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式を採用する装置では、静電潜像担持体の周辺に、この静電潜像担持体へ電荷を一様に供給する帯電ローラ、トナーを静電潜像担持体へ供給する現像ローラ、トナー像を記録用紙に転写させる転写ローラなどの各種ローラが配置されている。
【０００３】
図２は、電子写真方式を採用する装置の一例を示す模式図である。帯電ローラ20は、その表面を静電潜像担持体である感光体21に接触・回転させて、電荷を感光体21の表面に一様に供給する。感光体21の表面には光導電性絶縁体層が形成されており、この光導電性絶縁体層の下には導電体層が形成されている。感光体21の表面に、画像情報を含んだ光22が当てられると、静電潜像が形成される。この静電潜像を可視像化するのが現像装置23である。
【０００４】
現像装置23は、トナー24, …を貯蔵するトナー容器25、このトナー容器25に設けられた規制ブレード26、現像ローラ27およびこの現像ローラ27の表面にトナー24, …を確実に担持させる供給ローラ28などから構成される。現像ローラ27は、ＳＵＳ製やアルミニウム合金製などの導電性シャフトの周りに、導電性弾性層を同心円状に積層して構成されたり、場合によってはこの導電性弾性層上に保護層を被覆して構成される。この導電性シャフトと現像ローラの表面との間には電圧が印加される。トナー容器25内のトナー24, …は、非磁性トナーからなり、現像ローラ表面に担持され、規制ブレード26によってトナー薄層とされる際に、接触・摩擦帯電する。そして、現像ローラ27の表面を感光体21の表面に接触させることにより、トナー薄層が静電潜像へ付着されて、感光体21の表面にトナー像が形成される。このトナー像は、転写ローラ29によって記録用紙30の表面に静電吸着されて、記録用紙30の上で転写像となる。この転写像が、加熱ローラ31や加圧ローラ32によって記録用紙30に定着されるのである。なお、転写されずに感光体21の表面に残ったトナー粉を除去するため、ブレードなどの清掃器33が、転写ローラ29の下流側に設けられている。このブレードの代わりにブラシやローラを用いることもある。
【０００５】
上記したような電子写真方式に用いられる各種ローラのうち、帯電ローラや現像ローラ、転写ローラの基本構造は同じである。すなわち、これらローラは、導電性シャフトの周りに導電性弾性層を形成し、場合によってはこの導電性弾性層上に保護層を被覆して構成される。この導電性弾性層には、適度な弾力変形が必要とされる。たとえば、帯電ローラの場合、その表面の電荷を感光体へ供給するには、帯電ローラと感光体との周方向に適度な接触幅がなければならない。また、現像ローラの場合、現像ローラ表面に担持されたトナーを感光体へ効率良く付着させるには、現像ローラと感光体との周方向における接触幅が必要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した導電性弾性層の素材には、適度な変形を実現するため、ＮＢＲ（ニトリルブタジエンラバー）などのゴムを用いることが多い。しかし、ゴムは粘着性を有することが多いため、導電性弾性層が最外層である現像ローラでは、その表面にトナーがこびりつく現象、いわゆるトナーフィルミングが生じてしまうという問題がある。また、安定したローラ抵抗を得たい場合に、導電性弾性層のみではローラ抵抗値の制御が難しいという問題もある。そこで、導電性弾性層上に表面層を被覆して、トナーフィルミングの防止や安定したローラ抵抗を得ている。
【０００７】
この表面層の材料としては、現像ローラの場合には、良好にトナーをマイナス帯電させるためにナイロン系材料やウレタン系材料などを用いることが多い。しかし、現像ローラが規制ブレードなどの規制部材や感光体などの静電潜像担持体表面と接触する際に、導電性弾性層の変形に保護層が追従できず、ローラ表面に皺が生ずる場合がある。かかる場合には、トナー像に濃度ムラが生ずるという問題が起こる。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑み、導電性弾性層上に保護層を被覆するローラにおいて、下地の導電性弾性層の変形に柔軟に追従できて、ローラ表面に皺が生じない保護層を備えたローラを提供せんとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意検討した結果、弾性層上に被覆される保護層の伸び率に着目し本発明に至った。すなわち、本発明の電子写真方式に用いるローラは、中心軸に導電性シャフトを配し、該導電性シャフトの周りに弾性層、該弾性層上に表面層を同心円状に順次積層して構成されるローラにおいて、前記弾性層が、（Ａ）分子中に少なくとも１個のアルケニル基を含み、主鎖を構成する繰り返し単位が主にオキシアルキレン単位または飽和炭化水素系単位からなる重合体と、（Ｂ）分子中に少なくとも２個のヒドロシリル基を含む硬化剤と、（Ｃ）ヒドロシリル化触媒と、（Ｄ）導電性付与剤と、を主成分とする硬化性組成物の反応物から構成され、該弾性層が１７°以下のＪＩＳ Ａ 硬度を有するとともに、前記表面層の主成分がポリカーボネートウレタンであり、該表面層が４００％以上６００％以下の伸び率を有して構成される。なお、表面層の伸び率とは、ＪＩＳ Ｋ ６２５１に準じた測定による破断時伸び率をいう。
【００１１】
また、表面層被覆前の弾性層のローラ抵抗値が１０4 Ωｃｍ以上のものを用い、このときのローラ抵抗値が１０4 Ω〜１０10Ωであるようにローラが構成されると好ましい。なお、本発明でのローラ抵抗値とは、ローラを金属プレートに水平に当てて、前記金属シャフトの両端部の各々に５００ｇの荷重を金属プレート方向に加えたときに、シャフトと金属プレート間に直流電圧１００ボルト印加して測定される値である。
【００１３】
上記したローラは、トナーを静電潜像担持体へ供給する現像装置に組み込まれる現像ローラとして用いることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明に係る代表的な種々の実施例を説明する。
図１は、本発明に係る現像ローラ1 とその周辺構造とを模式的に示す説明図である。本発明に係る現像ローラ1 は、直径１ｍｍ〜２５ｍｍ程度のＳＵＳ、アルミニウム合金もしくは導電性樹脂などからなる導電性シャフト2 の周りに、ＪＩＳ Ａ硬度が３０°以下の導電性弾性層3 が同心円状に設けられ、この導電性弾性層3 の外周面に表面層4 が１０μｍ〜５０μｍの所定の厚みで被覆されて構成されるものである。その表面層4 の伸び率は、ＪＩＳ Ｋ ６２５１に準じた測定による破断時伸び率が３００％以上６００％以下の範囲内であれば良いが、好ましくは４００％以上６００％以下、より好ましくは５００％以上６００％以下になるように構成される。ここで、導電性弾性層3 と表面層4 との間に、現像ローラ1 の電気抵抗を調整するための抵抗調整層、および導電性弾性層と表面層との間の接着性を高めるプライマー層などを単層または複数層含む場合もある。表面層4 の形成方法として、たとえば表面層を構成する樹脂成分の粘度などに応じて、ディッピング、スプレー噴霧、ロールコートまたは刷毛塗りなどが挙げられるが、本発明はこの形成方法を特に限定するものではない。
【００１５】
前記現像ローラ1 は、トナー容器5 に貯蔵されている非磁性トナー6,…を現像ローラ1 の表面に担持させ、規制ブレード7 によって一定の膜厚でトナー薄膜8 とした後、この摩擦帯電したトナー薄膜8 を感光体9 の表面の静電潜像へ付着させる。このとき、供給ローラ10によって非磁性トナー6,…が効率的に現像ローラ1 へと供給される。供給ローラ10としては、ウレタンなどからなる導電性発泡体などのスポンジ状のもの、あるいはアルミニウムなどからなる金属パイプなどの導電体を使用することができる。また非磁性トナー6,…には、たとえば着色顔料をスチレンアクリル系やポリエステル系の熱可塑性樹脂などで覆って形成した粒径６μｍ〜１０μｍ程度のものを用いることができる。また、本実施例での現像ローラおよび供給ローラには、直流電圧が印加されている。トナーがマイナス帯電の場合、現像ローラには−１５０Ｖ〜−３５０Ｖ、供給ローラには−２００Ｖ〜−６００ＶのＤＣ電圧を印加するのが好ましい。さらに規制ブレードに、トナーの帯電を制御させるために、−１５０Ｖ〜−６００ＶのＤＣ電圧を印加することもできる。トナーがプラス帯電の場合には、現像ローラ、供給ローラおよび規制ブレードに印加される各ＤＣ電圧は前記値と絶対値が同じで逆符号の値となる。なお、ＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳させて印加することもできる。
【００１６】
また、前記導電性弾性層として、その表面層被覆前のローラ抵抗値が１０4 Ω以上のものを用いるのが好ましい。これは、現像ローラにＤＣ電圧を印加するときには、表面層に塗布ムラがある場合にローラ抵抗の変動が小さく抑えられるからである。さらに、表面層被覆後のローラ抵抗が１０4 Ω〜１０10Ω、好ましくは１０5 Ω〜１０8 Ωの範囲内のものを用いることが、感光体にダメージを与えず、良好な画像を得る点で好ましい。
【００１７】
上記した現像ローラ表面は、現像時には軸回転しつつ、感光体との周方向にわたって一定の接触幅（以下、ニップ幅と呼ぶ。）で感光体表面に押圧されている。ニップ幅は０．５〜２．０ｍｍ程度必要である。よって、現像時の現像ローラ表面は感光体への押圧位置を周方向に変化させながら軸回転している。本発明に係る現像ローラによれば、ＪＩＳ Ａ硬度が３０°以下の導電性弾性層に対して、表面層のＪＩＳ Ｋ ６２５１に準じた測定による破断時伸び率を３００％以上６００％以下、好ましくは４００％以上６００％以下となるように構成することによって、その押圧位置の変化に合わせて、導電性弾性層がその押圧により変形すると同時に、表面層も導電性弾性層の変形に合わせて柔軟に追従変形できるので、現像ローラ表面に皺が生じにくくなるのである。これにより、トナー像の濃度ムラが非常に少なくなり、鮮明な画像を得ることが可能となる。さらに、前記樹脂層の伸び率を特に５００％以上６００％以下としたときには、トナー像の濃度ムラが著しく改善される。しかし、樹脂層の伸び率が６００％を超えると、樹脂層の粘着性が強くなるためトナーフィルミングが生じ易くなり、また樹脂層に含まれる成分がブリーディングして感光体などの周辺部材を汚染し易くなる。
【００１８】
具体的な表面層の素材としては、トナーの粘着を抑える観点からは、熱可塑性エラストマーや熱硬化性エラストマーが好ましい。また、表面層の主成分としては、トナーをマイナス帯電させるための摩擦帯電列や吸水率、耐摩耗性の観点からは、ポリカーボネートウレタンなどが好ましい。熱可塑性エラストマーの場合、特にそのガラス転移点での温度（Ｔｇ）が−３０℃以上、熱硬化性エラストマーの場合、特にＴｇが−４０℃以上のものが好ましい。
【００１９】
前記ポリカーボネートウレタンは、ポリカーボネートとポリイソシアネートとの反応によって得られる化合物である。ポリカーボネートウレタンは、多価アルコールとホスゲン、クロル蟻酸エステル、ジアルキルカーボネートまたはジアリルカーボネートとの縮合によって得られる公知の材料である。ポリカーボネートポリオールの好ましいものとしては、１，６−ヘキサンジオール、１，４−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオールなどを使用したものであり、数平均分子量（Ｍｎ）は約３００〜１５，０００が望ましい。ポリカーボネートポリオールは、単独で使用することが好ましいが、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリエステル−ポリエーテルポリオールと併用することも可能である。
【００２０】
また、ポリカーボネートと反応させるポリイソシアネートは、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、４，４’−ジオフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、キシレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、水添ＭＤＩ、水添ＴＤＩ、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）などの公知のものが使用される。入手のし易さ、コスト、特性などのバランスからは、水添ＭＤＩ、ＩＰＤＩが好ましい。
【００２１】
以下、本発明に係る導電性弾性層の構造について説明する。
【００２２】
ＪＩＳ Ａ 硬度が３０°以下の導電性弾性層の素材としてはウレタンゴムやシリコーンゴムなどが好ましく、特に以下に説明する硬化性組成物の反応物が、柔軟な構造をもつとともに、オキシアルキレン単位を含む場合には硬化前に低粘度であるため扱いやすく、飽和炭化水素単位を含む場合には低吸水率となり高湿度環境下でもローラ抵抗の変化が少ないという点で好ましい。
【００２３】
特に導電性弾性層として、
（Ａ）分子中に少なくとも１個のアルケニル基を含み、主鎖を構成する繰り返し単位が主にオキシアルキレン単位または飽和炭化水素系単位からなる重合体と、
（Ｂ）分子中に少なくとも２個のヒドロシリル基を含む硬化剤と、
（Ｃ）ヒドロシリル化触媒と、
（Ｄ）導電性付与剤と、
を主成分とする硬化性組成物の反応物を用いることが好ましい。
【００２４】
この硬化性組成物における（Ａ）成分の重合体は（Ｂ）成分とヒドロシリル化反応して硬化する成分であり、分子中に少なくとも１個のアルケニル基を有するため、ヒドロシリル化反応が起こって高分子状になり硬化する。（Ａ）成分に含まれるアルケニル基の数は、（Ｂ）成分とヒドロシリル化反応するという点からは少なくとも１個必要であるが、ゴム弾性の点からは、直鎖状分子の場合は、分子の両末端に２個のアルケニル基が存在し、分岐のある分子の場合には、分子末端に２個以上のアルケニル基が存在することが好ましい。（Ａ）成分の主鎖を構成する主な繰り返し単位は、オキシアルキレン単位または飽和炭化水素単位である。
【００２５】
主鎖を構成する主な繰り返し単位がオキシアルキレン単位からなる重合体の場合、少量の導電性付与剤を添加するだけで体積抵抗が１０8 Ωｃｍ〜１０9 Ωｃｍとなるため好ましい。また、硬化物の低硬度化の観点からも、前記繰り返し単位がオキシアルキレン単位であるオキシアルキレン系重合体、さらには、前記繰り返し単位がオキシプロピレン単位であるオキシプロピレン系重合体が好ましい。
【００２６】
ここで、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％以上、好ましくは５０％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、例えば、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、オキシプロピレン系重合体の場合には、エチレンオキシド、ブチレンオキシドなどからなる単位との共重合体（グラフト共重合体を含む）であってもよい。
【００２７】
上記のような（Ａ）成分のオキシアルキレン系重合体の分子量としては、反応性および低硬度化のバランスをよくする観点から、数平均分子量（Ｍｎ）で、５００〜５０，０００、さらには１，０００〜４０，０００であることが好ましい。特に、数平均分子量５，０００以上のもの、さらには５，０００〜４０，０００であるものが好ましい。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、充分な機械的強度（ゴム硬度、伸び率）などが得られにくくなる。一方、数平均分子量があまりに大きくなりすぎると、分子中に含まれるアルケニル基１個当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、硬化が不十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。
【００２８】
前記オキシアルキレン系重合体が有するアルケニル基に特に制限はないが、下記一般式（１）、
【００２９】
Ｈ2 Ｃ＝Ｃ（Ｒ1 ）− （１）
（式中、Ｒ1 は水素原子またはメチル基）
【００３０】
で示されるアルケニル基が、硬化性に優れる点で好ましい。
【００３１】
また、この硬化性組成物の特徴の１つは、低硬度化に設定しやすいことであり、この特徴を発揮させるにはアルケニル基の数は分子末端に２個以上が好ましく、（Ａ）成分の分子量に比してアルケニル基の数が多くなりすぎると剛直になり、良好なゴム弾性が得れにくくなる。
【００３２】
また、（Ａ）成分が、主鎖を構成する主な繰り返し単位が飽和炭化水素単位である重合体の場合は、低吸水率であり、電気抵抗の環境変動が小さく好ましい。この重合体の場合も、前記オキシアルキレン系重合体の場合と同様に、（Ｂ）成分とヒドロシリル化反応して硬化する成分であり、分子中に少なくとも１個のアルケニル基を有するため、ヒドロシリル化反応が起こって高分子状になり硬化するものであり、（Ａ）成分に含まれるアルケニル基の数は、（Ｂ）成分とヒドロシリル化反応するという点から少なくとも１個必要であるが、ゴム弾性の点からは、直鎖状分子の場合は、分子の両末端に２個存在することが好ましく、分岐を有する分子の場合には、分子末端に２個以上存在することが好ましい。
【００３３】
前記主鎖を構成する主な繰り返し単位が飽和炭化水素単位である重合体の代表的な例としては、イソブチレン系重合体、水添イソプレン系重合体、水添ブタジエン系重合体が挙げられる。これら重合体は、共重合体などの他成分の繰り返し単位を含むものであってもかまわないが、少なくとも飽和炭化水素単位を５０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは９０％以上含有することが、飽和炭化水素系の、吸水率が低いという特徴を損なわないようにするうえで重要である。
【００３４】
この主鎖を構成する主な繰り返し単位が飽和炭化水素単位である（Ａ）成分の重合体の分子量としては、取り扱いやすさなどの点から、数平均分子量（Ｍｎ）で５００〜５０，０００程度、さらには１，０００〜１５，０００程度であって、常温において液状物で流動性を有するものが加工性の点で好ましい。
【００３５】
この飽和炭化水素系重合体に導入されるアルケニル基については、前記オキシアルキレン系重合体の場合と同様である。
【００３６】
したがって、（Ａ）成分としての、分子中に少なくとも１個のアルケニル基を有し、主鎖を構成する主な繰り返し単位が飽和炭化水素系である重合体の好ましい具体例としては、両端末にアルケニル基を２個有する直鎖状の数平均分子量（Ｍｎ）が２，０００〜１５，０００でＭｗ（重量平均分子量）／Ｍｎが１．１〜１．２のポリイソブチレン系、水添ポリブタジエン系、水添ポリイソプレン系重合体などが挙げられる。
【００３７】
また、硬化性組成物中の（Ｂ）成分は、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る限り特に制限はないが、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が硬化物中に残存しやすくなり、ボイドやクラックの原因になるため、分子中に含まれるヒドロシリル基の数は５０個以下がよい。さらには２〜３０個、より好ましくは２〜２０個であることが、硬化物のゴム弾性のコントロールや貯蔵安定性の点から好ましく、さらに、硬化時の発泡を容易に防ぐ点では、２０個以下、ヒドロシリル基が失活しても硬化不良が発生しにくい点では３個が好ましく、最も好ましい範囲は３〜２０個である。
【００３８】
なお、本発明では、前記ヒドロシリル基を１個有するとは、Ｓｉに結合するＨを１個有することをいい、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がよく、ゴム弾性の点からも好ましい。
【００３９】
（Ｂ）成分の分子量は、後述する導電性付与剤（（Ｄ）成分）を添加する場合の分散性やローラー加工性などの点から数平均分子量（Ｍｎ）で３０，０００以上であるのが好ましく、さらには２０，０００以下、特には１５，０００以下が好ましい。（Ａ）成分との反応性や相溶性まで考慮すると３００〜１０，０００が好ましい。
【００４０】
この（Ｂ）成分に関しては、（Ａ）成分の凝集力が（Ｂ）成分の凝集力に比べて大きいために、相溶性の点ではフェニル基含有変性が重要であり、（Ａ）成分との相溶性、入手のし易さの点でスチレン変性体などが好ましく、貯蔵安定性の点からα−メチルスチレン変性体が好ましい。
【００４１】
（Ｃ）成分であるヒドロシリル化触媒としては、ヒドロシリル化触媒として使用しうるものである限り特に制限はない。白金単体、アルミナなどの単体に固体白金を担持させたもの、塩化白金酸（アルコールなどの錯体も含む）、白金の各種錯体、ロジウム、ルテニウム、鉄、アルミニウム、チタンなどの金属の塩化物などが挙げられる。これらの中でも、触媒活性の点から塩化白金酸、白金−オレフイン錯体、白金−ビニルシロキサン錯体が望ましい。これらの触媒は単独で使用してもよく、また２種以上併用してもよい。
【００４２】
以上のような硬化性組成物中の（Ａ）成分および（Ｂ）成分の使用割合は、（Ａ）成分中のアルケニル基１モル当たり（Ｂ）成分中のヒドロシリル基が０．２〜５．０モル、さらには０．４〜２．５モルがゴム弾性の点から好ましい。
【００４３】
また、（Ｃ）成分の使用量としては、（Ａ）成分中のアルケニル基１モルに対して１０-1〜１０-8モル、さらには１０-1〜１０-6モル、特には１０-3〜１０-6モルの範囲で用いるのが好ましい。（Ｃ）成分の使用量が１０-8モルに満たないと反応が進行しない。その一方で、ヒドロシリル化触媒は、一般に高価で、また腐食性を有し、しかも水素ガスが大量に発生して硬化物が発泡してしまう性質を有しているので、１０-1モルを超えて用いない方が好ましい。
【００４４】
さらに、上記のような硬化性組成物に、（Ｄ）成分として導電性付与剤を添加して導電性組成物とすれば、現像ローラとして好適である。この（Ｄ）成分の導電性付与剤としては、カーボンブラックや、金属微粉末、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、リン酸エステル基など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、エチレンオキサイド−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、また、２種以上を併用しても構わない。
【００４５】
（Ｄ）成分である導電性付与剤の添加量は、（Ａ）〜（Ｃ）成分の合計量に対して３０重量％以下とすることが、ゴム硬度を上げない点から好ましい。一方、均一な抵抗を得る点からは１０重量％以上が好ましく、必要なゴム硬度と、硬化物の体積抵抗率が１０3 〜１０10Ωｃｍとなるように、その物性バランスから添加量を決めればよい。
【００４６】
さらに、上記硬化性組成物には、上記（Ａ）〜（Ｄ）成分の他、貯蔵安定性改良剤、たとえば、脂肪族不飽和結合を有する化合物、有機リン化合物、有機硫黄化合物、チッ素含有化合物、スズ系化合物、有機過酸化物などを加えてもよい。その具体例としては、たとえば、ベンゾチアゾール、チアゾール、ジメチルマレート、ジメチルアセチレンカルボキシレート、２−ペンテンニトリル、２，３−ジクロロプロペン、キノリンなどが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。これらの中では、ポットライフおよび速硬化性の両立という点から、チアゾール、ジメチルマレートが特に好ましい。なお、前記貯蔵安定性改良剤は、単独で用いてもよく、また、２種以上併用してもよい。
【００４７】
また、上記硬化性組成物には、加工性やコストを改善するための充填剤、保存安定剤、可塑剤、紫外線吸収剤、滑剤、顔料などを添加してもよい。
【００４８】
導電性弾性層は、上記した硬化性組成物、ウレタンゴム、シリコーンゴムなどの弾性材料を、たとえば、中心にＳＵＳ製やアルミニウム合金製などの導電性シャフトなどを設置した金型に注型、射出成形、押出成形などをし、適当な温度、時間で加熱硬化させることによって、前記導電性シャフトの周りにゴム層を形成しても得られる。この場合、半硬化後、後硬化させてもよい。本発明に係る現像ローラは、この導電性弾性層の周りに、表面層を構成する樹脂をディッピング、スプレー噴霧、ロールコートまたは刷毛塗りなどで所定の厚みに塗布し、所定の温度で乾燥させ硬化させることにより得られる。
【００４９】
以上、実施例として現像ローラを中心に説明したが、本発明は現像ローラに限るものではなく、帯電ローラや転写ローラなどにも適用できる。
【００５０】
【実施例】
以下、本発明に係る現像ローラの具体的な実施例１〜７と、比較例１，２とを詳細に説明した後に、これら実施例と比較例との違いを説明する。
【００５１】
実施例１〜７と比較例１，２に係る現像ローラは、直径１０ｍｍのＳＵＳ製シャフトの周りに弾性層を設け、この弾性層の外周に表面層を被覆して構成されるものである。以下に、この導電性弾性層と表面層の具体的な構成について述べる。
【００５２】
導電性弾性層は、以下に示す弾性層１〜５の何れかを用いる。
【００５３】
（弾性層１）
（Ａ−１）数平均分子量Ｍｎが８，０００、分子量分布が２の末端アリル化オキシプロピレン系重合体：１００重量部に対して、
（Ｂ−１）ポリシロキサン系硬化物（ＳｉＨ価０．３６モル／１００ｇ）：６．６重量部、
（Ｃ）塩化白金酸の１０％イソプロピルアルコール溶液：０．０６重量部、
（Ｄ）カーボンブラック３０３０Ｂ（三菱化学社製）：７重量部
を混合し、減圧（１０ｍｍＨｇ以下で１２０分間）脱泡して得られた組成物を前記シャフトの周りに被覆し、金型内１２０℃の環境下で３０分間静置して硬化させ、厚さ約７．５ｍｍの弾性層１を作製した。ＪＩＳ Ｋ ６３０１ Ａ 法に準じて測定した弾性層１のみのＪＩＳ Ａ 硬度は１５°であった。
【００５４】
（弾性層２）
前記弾性層１の作製方法において、（Ｄ）カーボンブラック３０３０Ｂ（三菱化学社製）の配合量を５．５重量部とする他は、弾性層１と同様に弾性層２が作製される。ＪＩＳ Ｋ ６３０１ Ａ 法に準じて測定した弾性層１のみのＪＩＳ Ａ 硬度は１５°であった。
【００５５】
（弾性層３）
前記弾性層１の作製方法において、（Ｄ）カーボンブラック３０３０Ｂ（三菱化学社製）の配合量を４重量部とする他は、弾性層１と同様に弾性層３が作製される。ＪＩＳ Ｋ ６３０１ Ａ 法に準じて測定した弾性層１のみのＪＩＳ Ａ 硬度は１５°であった。
【００５６】
（弾性層４）
（Ａ−２）数平均分子量Ｍｎが９，０００、末端にビニル基を２個有するポリイソブチレン重合体：１００重量部に対して、
（Ｂ−２）ポリシロキサン系硬化剤（ＳｉＨ価０．９７モル／１００ｇ）：２．７重量部、
（Ｃ）塩化白金酸の１０％イソプロピルアルコール溶液：０．０６重量部、
（Ｄ）カーボンブラック３０３０Ｂ（三菱化学社製）：６重量部、
（Ｅ）可塑剤ＰＳ−３２（出光興産社製）：７５重量部、
を混合し、減圧（１０ｍｍＨｇ以下で１２０分間）脱泡して得られた組成物を前記シャフトの周りに被覆し、金型内１２０℃の環境下で３０分間静置して硬化させ、厚さ約７．５ｍｍの弾性層４を作製した。ＪＩＳ Ｋ ６３０１ Ａ 法に準じて測定した弾性層４のみのＪＩＳ Ａ 硬度は１７°であった。
【００５７】
（弾性層５）
ケミガムＮ６８３Ｂ（グッドイヤー社製のＮＢＲ（ブタジエンアクリロニトリルゴム））の１００重量部に対して、カーボンブラック３０３０Ｂ（三菱化学社製）を６重量部配合した組成物を用いて、射出成型法により前記シャフトの周りに厚さ約７．５ｍｍの弾性層５を設けた。ＪＩＳ Ｋ ６３０１ Ａ 法に準じて測定した弾性層５のみのＪＩＳ Ａ 硬度は７８°であった。
【００５８】
このような弾性層１〜５のＪＩＳ Ａ 硬度と表面層被覆前のローラ抵抗値とを表１に示す。
【００５９】
【表１】
【００６０】
次に、導電性弾性層の外周に被覆される表面層には、以下に示す表面層１〜５の何れかを用いる。
【００６１】
（表面層１）
Ｅ−９８０（日本ミラクトラン社製のポリカーボネートウレタン）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６％に希釈して得た表面層溶液を導電性弾性層の周りにディッピングし、８０℃で１時間乾燥させて表面層１を形成した。この表面層１の伸び率は５１０％であった。
【００６２】
（表面層２）
レザミンＭＥ−８２２０ＬＰ（大日精化社製のポリカーボネートウレタン）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６％に希釈して得た表面層溶液を導電性弾性層の周りにディッピングし、８０℃で１時間乾燥させて表面層２を形成した。この表面層２の伸び率は４１０％であった。
【００６３】
（表面層３）
ＵＤ−８３１０ＬＰ（改）（大日精化社製のポリエーテルウレタン）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６％に希釈して得た表面層溶液を導電性弾性層の周りにディッピングし、８０℃で１時間乾燥させて表面層３を形成した。この表面層３の伸び率は４１５％であった。
【００６４】
（表面層４）
ＥＭ−１２０（鉛市社製のナイロン）の固形分をメタノールで１０％に希釈して得た表面層溶液を導電性弾性層の周りにディッピングし、８０℃で１時間乾燥させて表面層４を形成した。この表面層４の伸び率は３５０％であった。
【００６５】
（表面層５）
レザミンＭＥ−３１０３ＬＰ（大日精化社製のポリエステルウレタン）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６％に希釈して得た表面層溶液を導電性弾性層の周りにディッピングし、８０℃で１時間乾燥させて表面層５を形成した。この表面層５の伸び率は２７０％であった。
【００６６】
表２に示すように、弾性層１〜５と表面層１〜５とを組合わせた現像ローラを作製し、実施例１〜８および比較例１，２とした。なお、これら実施例の表面層の伸び率や弾性層のＪＩＳ Ａ 硬度は、比較例との差異を明確にするために選択したものであって、本発明はこれら伸び率や硬度に限定されるものではない。
【００６７】
【表２】
【００６８】
これら実施例および比較例を同一の現像装置に組み込み、この現像装置をプリンターに組み込んで、印字テストを行った。この印字テストは、現像ローラを２０℃６０％ＲＨ（相対湿度）の通常環境下と、３５℃８５％ＲＨの高湿度環境下とに置いたとき、印字部分を５０％とする網掛け画像を印字して、この画像を評価したものである。この評価は、印字部分の識別の程度について、Ａ：５０倍に拡大しても良好、Ｂ：５０倍に拡大するとやや悪いが目視で良好、Ｃ：５０倍に拡大すると悪いが目視では良好、Ｄ：目視で悪い、の４段階で行った。この評価が良い程に、トナー像に濃度ムラが生じにくくなり、より鮮明な画像が得られると判断される。
【００６９】
表２によれば、弾性層のＪＩＳ Ａ 硬度が３０°以下であり、表面層の伸び率が３００％以上である実施例１〜８の現像ローラは、Ａ〜Ｃの評価結果を得ている。また、これら現像ローラは、通常環境下（２０℃６０％ＲＨ）のみならず高湿度環境下（３５℃８５％ＲＨ）でも画質が良好な状態を保っていることが分かる。一方、表面層の伸び率が３００％以上ではあるが弾性層のＪＩＳ Ａ 硬度が３０°よりも大きい比較例１や、弾性層のＪＩＳ Ａ 硬度が３０°以下ではあるが表面層の伸び率が３００％未満である比較例２の現像ローラでは、何れもその評価結果がＤである。したがって、本発明に係る現像ローラは、比較例に対して、トナー像に濃度ムラが生じにくくなるため高い画質を得ていることが分かる。
【００７０】
【発明の効果】
上述の如く、本発明に係るローラによれば、導電性弾性層が３０°以下のＪＩＳ Ａ 硬度を有し、表面層たる樹脂層が３００％以上６００％以下の伸び率を有することで、ローラの表面が感光体などに押圧される際に、比較的硬度の低い導電性弾性層の変形に合わせて表面層が柔軟に追従変形できるので、ローラ表面に皺が生じない。このローラが現像ローラの場合には、現像ローラが感光体表面によって押圧される際に、その押圧位置の変化に合わせて、比較的硬度の低い導電性弾性層の変形に合わせて表面層が柔軟に追従変形できるので、トナー像の濃度ムラが非常に少なくなり、鮮明なトナー像を得ることが可能となる。また、ローラが帯電ローラの場合には感光体へ一様に電荷を供給し、ローラが転写ローラの場合には記録用紙上に鮮明な転写像を得ることが可能となるのである。
【００７１】
さらに、前記表面層の主成分としてポリカーボネートウレタンを用い、さらに表面層被覆前の弾性層のローラ抵抗値を１０4 Ω以上にした場合には、上記した効果をより一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】現像装置を示す模式図である。
【図２】電子写真方式を採用する装置の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 現像ローラ
２ 導電性シャフト
３ 導電性弾性層
４ 表面層
５ トナー容器
６ 非磁性トナー
７ 規制ブレード
８ トナー薄層
９ 感光体
１０ 供給ローラ
２０ 帯電ローラ
２１ 感光体
２２ 画像情報を含んだ光
２３ 現像装置
２４ トナー
２５ トナー容器
２６ 規制ブレード
２７ 現像ローラ
２８ 供給ローラ
２９ 転写ローラ
３０ 記録用紙
３１ 加熱ローラ
３２ 加圧ローラ
３３ 清掃器
【発明の属する技術分野】
本発明は、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ローラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式を採用する装置では、静電潜像担持体の周辺に、この静電潜像担持体へ電荷を一様に供給する帯電ローラ、トナーを静電潜像担持体へ供給する現像ローラ、トナー像を記録用紙に転写させる転写ローラなどの各種ローラが配置されている。
【０００３】
図２は、電子写真方式を採用する装置の一例を示す模式図である。帯電ローラ20は、その表面を静電潜像担持体である感光体21に接触・回転させて、電荷を感光体21の表面に一様に供給する。感光体21の表面には光導電性絶縁体層が形成されており、この光導電性絶縁体層の下には導電体層が形成されている。感光体21の表面に、画像情報を含んだ光22が当てられると、静電潜像が形成される。この静電潜像を可視像化するのが現像装置23である。
【０００４】
現像装置23は、トナー24, …を貯蔵するトナー容器25、このトナー容器25に設けられた規制ブレード26、現像ローラ27およびこの現像ローラ27の表面にトナー24, …を確実に担持させる供給ローラ28などから構成される。現像ローラ27は、ＳＵＳ製やアルミニウム合金製などの導電性シャフトの周りに、導電性弾性層を同心円状に積層して構成されたり、場合によってはこの導電性弾性層上に保護層を被覆して構成される。この導電性シャフトと現像ローラの表面との間には電圧が印加される。トナー容器25内のトナー24, …は、非磁性トナーからなり、現像ローラ表面に担持され、規制ブレード26によってトナー薄層とされる際に、接触・摩擦帯電する。そして、現像ローラ27の表面を感光体21の表面に接触させることにより、トナー薄層が静電潜像へ付着されて、感光体21の表面にトナー像が形成される。このトナー像は、転写ローラ29によって記録用紙30の表面に静電吸着されて、記録用紙30の上で転写像となる。この転写像が、加熱ローラ31や加圧ローラ32によって記録用紙30に定着されるのである。なお、転写されずに感光体21の表面に残ったトナー粉を除去するため、ブレードなどの清掃器33が、転写ローラ29の下流側に設けられている。このブレードの代わりにブラシやローラを用いることもある。
【０００５】
上記したような電子写真方式に用いられる各種ローラのうち、帯電ローラや現像ローラ、転写ローラの基本構造は同じである。すなわち、これらローラは、導電性シャフトの周りに導電性弾性層を形成し、場合によってはこの導電性弾性層上に保護層を被覆して構成される。この導電性弾性層には、適度な弾力変形が必要とされる。たとえば、帯電ローラの場合、その表面の電荷を感光体へ供給するには、帯電ローラと感光体との周方向に適度な接触幅がなければならない。また、現像ローラの場合、現像ローラ表面に担持されたトナーを感光体へ効率良く付着させるには、現像ローラと感光体との周方向における接触幅が必要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した導電性弾性層の素材には、適度な変形を実現するため、ＮＢＲ（ニトリルブタジエンラバー）などのゴムを用いることが多い。しかし、ゴムは粘着性を有することが多いため、導電性弾性層が最外層である現像ローラでは、その表面にトナーがこびりつく現象、いわゆるトナーフィルミングが生じてしまうという問題がある。また、安定したローラ抵抗を得たい場合に、導電性弾性層のみではローラ抵抗値の制御が難しいという問題もある。そこで、導電性弾性層上に表面層を被覆して、トナーフィルミングの防止や安定したローラ抵抗を得ている。
【０００７】
この表面層の材料としては、現像ローラの場合には、良好にトナーをマイナス帯電させるためにナイロン系材料やウレタン系材料などを用いることが多い。しかし、現像ローラが規制ブレードなどの規制部材や感光体などの静電潜像担持体表面と接触する際に、導電性弾性層の変形に保護層が追従できず、ローラ表面に皺が生ずる場合がある。かかる場合には、トナー像に濃度ムラが生ずるという問題が起こる。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑み、導電性弾性層上に保護層を被覆するローラにおいて、下地の導電性弾性層の変形に柔軟に追従できて、ローラ表面に皺が生じない保護層を備えたローラを提供せんとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意検討した結果、弾性層上に被覆される保護層の伸び率に着目し本発明に至った。すなわち、本発明の電子写真方式に用いるローラは、中心軸に導電性シャフトを配し、該導電性シャフトの周りに弾性層、該弾性層上に表面層を同心円状に順次積層して構成されるローラにおいて、前記弾性層が、（Ａ）分子中に少なくとも１個のアルケニル基を含み、主鎖を構成する繰り返し単位が主にオキシアルキレン単位または飽和炭化水素系単位からなる重合体と、（Ｂ）分子中に少なくとも２個のヒドロシリル基を含む硬化剤と、（Ｃ）ヒドロシリル化触媒と、（Ｄ）導電性付与剤と、を主成分とする硬化性組成物の反応物から構成され、該弾性層が１７°以下のＪＩＳ Ａ 硬度を有するとともに、前記表面層の主成分がポリカーボネートウレタンであり、該表面層が４００％以上６００％以下の伸び率を有して構成される。なお、表面層の伸び率とは、ＪＩＳ Ｋ ６２５１に準じた測定による破断時伸び率をいう。
【００１１】
また、表面層被覆前の弾性層のローラ抵抗値が１０4 Ωｃｍ以上のものを用い、このときのローラ抵抗値が１０4 Ω〜１０10Ωであるようにローラが構成されると好ましい。なお、本発明でのローラ抵抗値とは、ローラを金属プレートに水平に当てて、前記金属シャフトの両端部の各々に５００ｇの荷重を金属プレート方向に加えたときに、シャフトと金属プレート間に直流電圧１００ボルト印加して測定される値である。
【００１３】
上記したローラは、トナーを静電潜像担持体へ供給する現像装置に組み込まれる現像ローラとして用いることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明に係る代表的な種々の実施例を説明する。
図１は、本発明に係る現像ローラ1 とその周辺構造とを模式的に示す説明図である。本発明に係る現像ローラ1 は、直径１ｍｍ〜２５ｍｍ程度のＳＵＳ、アルミニウム合金もしくは導電性樹脂などからなる導電性シャフト2 の周りに、ＪＩＳ Ａ硬度が３０°以下の導電性弾性層3 が同心円状に設けられ、この導電性弾性層3 の外周面に表面層4 が１０μｍ〜５０μｍの所定の厚みで被覆されて構成されるものである。その表面層4 の伸び率は、ＪＩＳ Ｋ ６２５１に準じた測定による破断時伸び率が３００％以上６００％以下の範囲内であれば良いが、好ましくは４００％以上６００％以下、より好ましくは５００％以上６００％以下になるように構成される。ここで、導電性弾性層3 と表面層4 との間に、現像ローラ1 の電気抵抗を調整するための抵抗調整層、および導電性弾性層と表面層との間の接着性を高めるプライマー層などを単層または複数層含む場合もある。表面層4 の形成方法として、たとえば表面層を構成する樹脂成分の粘度などに応じて、ディッピング、スプレー噴霧、ロールコートまたは刷毛塗りなどが挙げられるが、本発明はこの形成方法を特に限定するものではない。
【００１５】
前記現像ローラ1 は、トナー容器5 に貯蔵されている非磁性トナー6,…を現像ローラ1 の表面に担持させ、規制ブレード7 によって一定の膜厚でトナー薄膜8 とした後、この摩擦帯電したトナー薄膜8 を感光体9 の表面の静電潜像へ付着させる。このとき、供給ローラ10によって非磁性トナー6,…が効率的に現像ローラ1 へと供給される。供給ローラ10としては、ウレタンなどからなる導電性発泡体などのスポンジ状のもの、あるいはアルミニウムなどからなる金属パイプなどの導電体を使用することができる。また非磁性トナー6,…には、たとえば着色顔料をスチレンアクリル系やポリエステル系の熱可塑性樹脂などで覆って形成した粒径６μｍ〜１０μｍ程度のものを用いることができる。また、本実施例での現像ローラおよび供給ローラには、直流電圧が印加されている。トナーがマイナス帯電の場合、現像ローラには−１５０Ｖ〜−３５０Ｖ、供給ローラには−２００Ｖ〜−６００ＶのＤＣ電圧を印加するのが好ましい。さらに規制ブレードに、トナーの帯電を制御させるために、−１５０Ｖ〜−６００ＶのＤＣ電圧を印加することもできる。トナーがプラス帯電の場合には、現像ローラ、供給ローラおよび規制ブレードに印加される各ＤＣ電圧は前記値と絶対値が同じで逆符号の値となる。なお、ＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳させて印加することもできる。
【００１６】
また、前記導電性弾性層として、その表面層被覆前のローラ抵抗値が１０4 Ω以上のものを用いるのが好ましい。これは、現像ローラにＤＣ電圧を印加するときには、表面層に塗布ムラがある場合にローラ抵抗の変動が小さく抑えられるからである。さらに、表面層被覆後のローラ抵抗が１０4 Ω〜１０10Ω、好ましくは１０5 Ω〜１０8 Ωの範囲内のものを用いることが、感光体にダメージを与えず、良好な画像を得る点で好ましい。
【００１７】
上記した現像ローラ表面は、現像時には軸回転しつつ、感光体との周方向にわたって一定の接触幅（以下、ニップ幅と呼ぶ。）で感光体表面に押圧されている。ニップ幅は０．５〜２．０ｍｍ程度必要である。よって、現像時の現像ローラ表面は感光体への押圧位置を周方向に変化させながら軸回転している。本発明に係る現像ローラによれば、ＪＩＳ Ａ硬度が３０°以下の導電性弾性層に対して、表面層のＪＩＳ Ｋ ６２５１に準じた測定による破断時伸び率を３００％以上６００％以下、好ましくは４００％以上６００％以下となるように構成することによって、その押圧位置の変化に合わせて、導電性弾性層がその押圧により変形すると同時に、表面層も導電性弾性層の変形に合わせて柔軟に追従変形できるので、現像ローラ表面に皺が生じにくくなるのである。これにより、トナー像の濃度ムラが非常に少なくなり、鮮明な画像を得ることが可能となる。さらに、前記樹脂層の伸び率を特に５００％以上６００％以下としたときには、トナー像の濃度ムラが著しく改善される。しかし、樹脂層の伸び率が６００％を超えると、樹脂層の粘着性が強くなるためトナーフィルミングが生じ易くなり、また樹脂層に含まれる成分がブリーディングして感光体などの周辺部材を汚染し易くなる。
【００１８】
具体的な表面層の素材としては、トナーの粘着を抑える観点からは、熱可塑性エラストマーや熱硬化性エラストマーが好ましい。また、表面層の主成分としては、トナーをマイナス帯電させるための摩擦帯電列や吸水率、耐摩耗性の観点からは、ポリカーボネートウレタンなどが好ましい。熱可塑性エラストマーの場合、特にそのガラス転移点での温度（Ｔｇ）が−３０℃以上、熱硬化性エラストマーの場合、特にＴｇが−４０℃以上のものが好ましい。
【００１９】
前記ポリカーボネートウレタンは、ポリカーボネートとポリイソシアネートとの反応によって得られる化合物である。ポリカーボネートウレタンは、多価アルコールとホスゲン、クロル蟻酸エステル、ジアルキルカーボネートまたはジアリルカーボネートとの縮合によって得られる公知の材料である。ポリカーボネートポリオールの好ましいものとしては、１，６−ヘキサンジオール、１，４−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオールなどを使用したものであり、数平均分子量（Ｍｎ）は約３００〜１５，０００が望ましい。ポリカーボネートポリオールは、単独で使用することが好ましいが、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリエステル−ポリエーテルポリオールと併用することも可能である。
【００２０】
また、ポリカーボネートと反応させるポリイソシアネートは、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、４，４’−ジオフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、キシレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、水添ＭＤＩ、水添ＴＤＩ、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）などの公知のものが使用される。入手のし易さ、コスト、特性などのバランスからは、水添ＭＤＩ、ＩＰＤＩが好ましい。
【００２１】
以下、本発明に係る導電性弾性層の構造について説明する。
【００２２】
ＪＩＳ Ａ 硬度が３０°以下の導電性弾性層の素材としてはウレタンゴムやシリコーンゴムなどが好ましく、特に以下に説明する硬化性組成物の反応物が、柔軟な構造をもつとともに、オキシアルキレン単位を含む場合には硬化前に低粘度であるため扱いやすく、飽和炭化水素単位を含む場合には低吸水率となり高湿度環境下でもローラ抵抗の変化が少ないという点で好ましい。
【００２３】
特に導電性弾性層として、
（Ａ）分子中に少なくとも１個のアルケニル基を含み、主鎖を構成する繰り返し単位が主にオキシアルキレン単位または飽和炭化水素系単位からなる重合体と、
（Ｂ）分子中に少なくとも２個のヒドロシリル基を含む硬化剤と、
（Ｃ）ヒドロシリル化触媒と、
（Ｄ）導電性付与剤と、
を主成分とする硬化性組成物の反応物を用いることが好ましい。
【００２４】
この硬化性組成物における（Ａ）成分の重合体は（Ｂ）成分とヒドロシリル化反応して硬化する成分であり、分子中に少なくとも１個のアルケニル基を有するため、ヒドロシリル化反応が起こって高分子状になり硬化する。（Ａ）成分に含まれるアルケニル基の数は、（Ｂ）成分とヒドロシリル化反応するという点からは少なくとも１個必要であるが、ゴム弾性の点からは、直鎖状分子の場合は、分子の両末端に２個のアルケニル基が存在し、分岐のある分子の場合には、分子末端に２個以上のアルケニル基が存在することが好ましい。（Ａ）成分の主鎖を構成する主な繰り返し単位は、オキシアルキレン単位または飽和炭化水素単位である。
【００２５】
主鎖を構成する主な繰り返し単位がオキシアルキレン単位からなる重合体の場合、少量の導電性付与剤を添加するだけで体積抵抗が１０8 Ωｃｍ〜１０9 Ωｃｍとなるため好ましい。また、硬化物の低硬度化の観点からも、前記繰り返し単位がオキシアルキレン単位であるオキシアルキレン系重合体、さらには、前記繰り返し単位がオキシプロピレン単位であるオキシプロピレン系重合体が好ましい。
【００２６】
ここで、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％以上、好ましくは５０％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、例えば、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、オキシプロピレン系重合体の場合には、エチレンオキシド、ブチレンオキシドなどからなる単位との共重合体（グラフト共重合体を含む）であってもよい。
【００２７】
上記のような（Ａ）成分のオキシアルキレン系重合体の分子量としては、反応性および低硬度化のバランスをよくする観点から、数平均分子量（Ｍｎ）で、５００〜５０，０００、さらには１，０００〜４０，０００であることが好ましい。特に、数平均分子量５，０００以上のもの、さらには５，０００〜４０，０００であるものが好ましい。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、充分な機械的強度（ゴム硬度、伸び率）などが得られにくくなる。一方、数平均分子量があまりに大きくなりすぎると、分子中に含まれるアルケニル基１個当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、硬化が不十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。
【００２８】
前記オキシアルキレン系重合体が有するアルケニル基に特に制限はないが、下記一般式（１）、
【００２９】
Ｈ2 Ｃ＝Ｃ（Ｒ1 ）− （１）
（式中、Ｒ1 は水素原子またはメチル基）
【００３０】
で示されるアルケニル基が、硬化性に優れる点で好ましい。
【００３１】
また、この硬化性組成物の特徴の１つは、低硬度化に設定しやすいことであり、この特徴を発揮させるにはアルケニル基の数は分子末端に２個以上が好ましく、（Ａ）成分の分子量に比してアルケニル基の数が多くなりすぎると剛直になり、良好なゴム弾性が得れにくくなる。
【００３２】
また、（Ａ）成分が、主鎖を構成する主な繰り返し単位が飽和炭化水素単位である重合体の場合は、低吸水率であり、電気抵抗の環境変動が小さく好ましい。この重合体の場合も、前記オキシアルキレン系重合体の場合と同様に、（Ｂ）成分とヒドロシリル化反応して硬化する成分であり、分子中に少なくとも１個のアルケニル基を有するため、ヒドロシリル化反応が起こって高分子状になり硬化するものであり、（Ａ）成分に含まれるアルケニル基の数は、（Ｂ）成分とヒドロシリル化反応するという点から少なくとも１個必要であるが、ゴム弾性の点からは、直鎖状分子の場合は、分子の両末端に２個存在することが好ましく、分岐を有する分子の場合には、分子末端に２個以上存在することが好ましい。
【００３３】
前記主鎖を構成する主な繰り返し単位が飽和炭化水素単位である重合体の代表的な例としては、イソブチレン系重合体、水添イソプレン系重合体、水添ブタジエン系重合体が挙げられる。これら重合体は、共重合体などの他成分の繰り返し単位を含むものであってもかまわないが、少なくとも飽和炭化水素単位を５０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは９０％以上含有することが、飽和炭化水素系の、吸水率が低いという特徴を損なわないようにするうえで重要である。
【００３４】
この主鎖を構成する主な繰り返し単位が飽和炭化水素単位である（Ａ）成分の重合体の分子量としては、取り扱いやすさなどの点から、数平均分子量（Ｍｎ）で５００〜５０，０００程度、さらには１，０００〜１５，０００程度であって、常温において液状物で流動性を有するものが加工性の点で好ましい。
【００３５】
この飽和炭化水素系重合体に導入されるアルケニル基については、前記オキシアルキレン系重合体の場合と同様である。
【００３６】
したがって、（Ａ）成分としての、分子中に少なくとも１個のアルケニル基を有し、主鎖を構成する主な繰り返し単位が飽和炭化水素系である重合体の好ましい具体例としては、両端末にアルケニル基を２個有する直鎖状の数平均分子量（Ｍｎ）が２，０００〜１５，０００でＭｗ（重量平均分子量）／Ｍｎが１．１〜１．２のポリイソブチレン系、水添ポリブタジエン系、水添ポリイソプレン系重合体などが挙げられる。
【００３７】
また、硬化性組成物中の（Ｂ）成分は、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る限り特に制限はないが、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が硬化物中に残存しやすくなり、ボイドやクラックの原因になるため、分子中に含まれるヒドロシリル基の数は５０個以下がよい。さらには２〜３０個、より好ましくは２〜２０個であることが、硬化物のゴム弾性のコントロールや貯蔵安定性の点から好ましく、さらに、硬化時の発泡を容易に防ぐ点では、２０個以下、ヒドロシリル基が失活しても硬化不良が発生しにくい点では３個が好ましく、最も好ましい範囲は３〜２０個である。
【００３８】
なお、本発明では、前記ヒドロシリル基を１個有するとは、Ｓｉに結合するＨを１個有することをいい、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がよく、ゴム弾性の点からも好ましい。
【００３９】
（Ｂ）成分の分子量は、後述する導電性付与剤（（Ｄ）成分）を添加する場合の分散性やローラー加工性などの点から数平均分子量（Ｍｎ）で３０，０００以上であるのが好ましく、さらには２０，０００以下、特には１５，０００以下が好ましい。（Ａ）成分との反応性や相溶性まで考慮すると３００〜１０，０００が好ましい。
【００４０】
この（Ｂ）成分に関しては、（Ａ）成分の凝集力が（Ｂ）成分の凝集力に比べて大きいために、相溶性の点ではフェニル基含有変性が重要であり、（Ａ）成分との相溶性、入手のし易さの点でスチレン変性体などが好ましく、貯蔵安定性の点からα−メチルスチレン変性体が好ましい。
【００４１】
（Ｃ）成分であるヒドロシリル化触媒としては、ヒドロシリル化触媒として使用しうるものである限り特に制限はない。白金単体、アルミナなどの単体に固体白金を担持させたもの、塩化白金酸（アルコールなどの錯体も含む）、白金の各種錯体、ロジウム、ルテニウム、鉄、アルミニウム、チタンなどの金属の塩化物などが挙げられる。これらの中でも、触媒活性の点から塩化白金酸、白金−オレフイン錯体、白金−ビニルシロキサン錯体が望ましい。これらの触媒は単独で使用してもよく、また２種以上併用してもよい。
【００４２】
以上のような硬化性組成物中の（Ａ）成分および（Ｂ）成分の使用割合は、（Ａ）成分中のアルケニル基１モル当たり（Ｂ）成分中のヒドロシリル基が０．２〜５．０モル、さらには０．４〜２．５モルがゴム弾性の点から好ましい。
【００４３】
また、（Ｃ）成分の使用量としては、（Ａ）成分中のアルケニル基１モルに対して１０-1〜１０-8モル、さらには１０-1〜１０-6モル、特には１０-3〜１０-6モルの範囲で用いるのが好ましい。（Ｃ）成分の使用量が１０-8モルに満たないと反応が進行しない。その一方で、ヒドロシリル化触媒は、一般に高価で、また腐食性を有し、しかも水素ガスが大量に発生して硬化物が発泡してしまう性質を有しているので、１０-1モルを超えて用いない方が好ましい。
【００４４】
さらに、上記のような硬化性組成物に、（Ｄ）成分として導電性付与剤を添加して導電性組成物とすれば、現像ローラとして好適である。この（Ｄ）成分の導電性付与剤としては、カーボンブラックや、金属微粉末、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、リン酸エステル基など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、エチレンオキサイド−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、また、２種以上を併用しても構わない。
【００４５】
（Ｄ）成分である導電性付与剤の添加量は、（Ａ）〜（Ｃ）成分の合計量に対して３０重量％以下とすることが、ゴム硬度を上げない点から好ましい。一方、均一な抵抗を得る点からは１０重量％以上が好ましく、必要なゴム硬度と、硬化物の体積抵抗率が１０3 〜１０10Ωｃｍとなるように、その物性バランスから添加量を決めればよい。
【００４６】
さらに、上記硬化性組成物には、上記（Ａ）〜（Ｄ）成分の他、貯蔵安定性改良剤、たとえば、脂肪族不飽和結合を有する化合物、有機リン化合物、有機硫黄化合物、チッ素含有化合物、スズ系化合物、有機過酸化物などを加えてもよい。その具体例としては、たとえば、ベンゾチアゾール、チアゾール、ジメチルマレート、ジメチルアセチレンカルボキシレート、２−ペンテンニトリル、２，３−ジクロロプロペン、キノリンなどが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。これらの中では、ポットライフおよび速硬化性の両立という点から、チアゾール、ジメチルマレートが特に好ましい。なお、前記貯蔵安定性改良剤は、単独で用いてもよく、また、２種以上併用してもよい。
【００４７】
また、上記硬化性組成物には、加工性やコストを改善するための充填剤、保存安定剤、可塑剤、紫外線吸収剤、滑剤、顔料などを添加してもよい。
【００４８】
導電性弾性層は、上記した硬化性組成物、ウレタンゴム、シリコーンゴムなどの弾性材料を、たとえば、中心にＳＵＳ製やアルミニウム合金製などの導電性シャフトなどを設置した金型に注型、射出成形、押出成形などをし、適当な温度、時間で加熱硬化させることによって、前記導電性シャフトの周りにゴム層を形成しても得られる。この場合、半硬化後、後硬化させてもよい。本発明に係る現像ローラは、この導電性弾性層の周りに、表面層を構成する樹脂をディッピング、スプレー噴霧、ロールコートまたは刷毛塗りなどで所定の厚みに塗布し、所定の温度で乾燥させ硬化させることにより得られる。
【００４９】
以上、実施例として現像ローラを中心に説明したが、本発明は現像ローラに限るものではなく、帯電ローラや転写ローラなどにも適用できる。
【００５０】
【実施例】
以下、本発明に係る現像ローラの具体的な実施例１〜７と、比較例１，２とを詳細に説明した後に、これら実施例と比較例との違いを説明する。
【００５１】
実施例１〜７と比較例１，２に係る現像ローラは、直径１０ｍｍのＳＵＳ製シャフトの周りに弾性層を設け、この弾性層の外周に表面層を被覆して構成されるものである。以下に、この導電性弾性層と表面層の具体的な構成について述べる。
【００５２】
導電性弾性層は、以下に示す弾性層１〜５の何れかを用いる。
【００５３】
（弾性層１）
（Ａ−１）数平均分子量Ｍｎが８，０００、分子量分布が２の末端アリル化オキシプロピレン系重合体：１００重量部に対して、
（Ｂ−１）ポリシロキサン系硬化物（ＳｉＨ価０．３６モル／１００ｇ）：６．６重量部、
（Ｃ）塩化白金酸の１０％イソプロピルアルコール溶液：０．０６重量部、
（Ｄ）カーボンブラック３０３０Ｂ（三菱化学社製）：７重量部
を混合し、減圧（１０ｍｍＨｇ以下で１２０分間）脱泡して得られた組成物を前記シャフトの周りに被覆し、金型内１２０℃の環境下で３０分間静置して硬化させ、厚さ約７．５ｍｍの弾性層１を作製した。ＪＩＳ Ｋ ６３０１ Ａ 法に準じて測定した弾性層１のみのＪＩＳ Ａ 硬度は１５°であった。
【００５４】
（弾性層２）
前記弾性層１の作製方法において、（Ｄ）カーボンブラック３０３０Ｂ（三菱化学社製）の配合量を５．５重量部とする他は、弾性層１と同様に弾性層２が作製される。ＪＩＳ Ｋ ６３０１ Ａ 法に準じて測定した弾性層１のみのＪＩＳ Ａ 硬度は１５°であった。
【００５５】
（弾性層３）
前記弾性層１の作製方法において、（Ｄ）カーボンブラック３０３０Ｂ（三菱化学社製）の配合量を４重量部とする他は、弾性層１と同様に弾性層３が作製される。ＪＩＳ Ｋ ６３０１ Ａ 法に準じて測定した弾性層１のみのＪＩＳ Ａ 硬度は１５°であった。
【００５６】
（弾性層４）
（Ａ−２）数平均分子量Ｍｎが９，０００、末端にビニル基を２個有するポリイソブチレン重合体：１００重量部に対して、
（Ｂ−２）ポリシロキサン系硬化剤（ＳｉＨ価０．９７モル／１００ｇ）：２．７重量部、
（Ｃ）塩化白金酸の１０％イソプロピルアルコール溶液：０．０６重量部、
（Ｄ）カーボンブラック３０３０Ｂ（三菱化学社製）：６重量部、
（Ｅ）可塑剤ＰＳ−３２（出光興産社製）：７５重量部、
を混合し、減圧（１０ｍｍＨｇ以下で１２０分間）脱泡して得られた組成物を前記シャフトの周りに被覆し、金型内１２０℃の環境下で３０分間静置して硬化させ、厚さ約７．５ｍｍの弾性層４を作製した。ＪＩＳ Ｋ ６３０１ Ａ 法に準じて測定した弾性層４のみのＪＩＳ Ａ 硬度は１７°であった。
【００５７】
（弾性層５）
ケミガムＮ６８３Ｂ（グッドイヤー社製のＮＢＲ（ブタジエンアクリロニトリルゴム））の１００重量部に対して、カーボンブラック３０３０Ｂ（三菱化学社製）を６重量部配合した組成物を用いて、射出成型法により前記シャフトの周りに厚さ約７．５ｍｍの弾性層５を設けた。ＪＩＳ Ｋ ６３０１ Ａ 法に準じて測定した弾性層５のみのＪＩＳ Ａ 硬度は７８°であった。
【００５８】
このような弾性層１〜５のＪＩＳ Ａ 硬度と表面層被覆前のローラ抵抗値とを表１に示す。
【００５９】
【表１】
次に、導電性弾性層の外周に被覆される表面層には、以下に示す表面層１〜５の何れかを用いる。
【００６１】
（表面層１）
Ｅ−９８０（日本ミラクトラン社製のポリカーボネートウレタン）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６％に希釈して得た表面層溶液を導電性弾性層の周りにディッピングし、８０℃で１時間乾燥させて表面層１を形成した。この表面層１の伸び率は５１０％であった。
【００６２】
（表面層２）
レザミンＭＥ−８２２０ＬＰ（大日精化社製のポリカーボネートウレタン）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６％に希釈して得た表面層溶液を導電性弾性層の周りにディッピングし、８０℃で１時間乾燥させて表面層２を形成した。この表面層２の伸び率は４１０％であった。
【００６３】
（表面層３）
ＵＤ−８３１０ＬＰ（改）（大日精化社製のポリエーテルウレタン）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６％に希釈して得た表面層溶液を導電性弾性層の周りにディッピングし、８０℃で１時間乾燥させて表面層３を形成した。この表面層３の伸び率は４１５％であった。
【００６４】
（表面層４）
ＥＭ−１２０（鉛市社製のナイロン）の固形分をメタノールで１０％に希釈して得た表面層溶液を導電性弾性層の周りにディッピングし、８０℃で１時間乾燥させて表面層４を形成した。この表面層４の伸び率は３５０％であった。
【００６５】
（表面層５）
レザミンＭＥ−３１０３ＬＰ（大日精化社製のポリエステルウレタン）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６％に希釈して得た表面層溶液を導電性弾性層の周りにディッピングし、８０℃で１時間乾燥させて表面層５を形成した。この表面層５の伸び率は２７０％であった。
【００６６】
表２に示すように、弾性層１〜５と表面層１〜５とを組合わせた現像ローラを作製し、実施例１〜８および比較例１，２とした。なお、これら実施例の表面層の伸び率や弾性層のＪＩＳ Ａ 硬度は、比較例との差異を明確にするために選択したものであって、本発明はこれら伸び率や硬度に限定されるものではない。
【００６７】
【表２】
これら実施例および比較例を同一の現像装置に組み込み、この現像装置をプリンターに組み込んで、印字テストを行った。この印字テストは、現像ローラを２０℃６０％ＲＨ（相対湿度）の通常環境下と、３５℃８５％ＲＨの高湿度環境下とに置いたとき、印字部分を５０％とする網掛け画像を印字して、この画像を評価したものである。この評価は、印字部分の識別の程度について、Ａ：５０倍に拡大しても良好、Ｂ：５０倍に拡大するとやや悪いが目視で良好、Ｃ：５０倍に拡大すると悪いが目視では良好、Ｄ：目視で悪い、の４段階で行った。この評価が良い程に、トナー像に濃度ムラが生じにくくなり、より鮮明な画像が得られると判断される。
【００６９】
表２によれば、弾性層のＪＩＳ Ａ 硬度が３０°以下であり、表面層の伸び率が３００％以上である実施例１〜８の現像ローラは、Ａ〜Ｃの評価結果を得ている。また、これら現像ローラは、通常環境下（２０℃６０％ＲＨ）のみならず高湿度環境下（３５℃８５％ＲＨ）でも画質が良好な状態を保っていることが分かる。一方、表面層の伸び率が３００％以上ではあるが弾性層のＪＩＳ Ａ 硬度が３０°よりも大きい比較例１や、弾性層のＪＩＳ Ａ 硬度が３０°以下ではあるが表面層の伸び率が３００％未満である比較例２の現像ローラでは、何れもその評価結果がＤである。したがって、本発明に係る現像ローラは、比較例に対して、トナー像に濃度ムラが生じにくくなるため高い画質を得ていることが分かる。
【００７０】
【発明の効果】
上述の如く、本発明に係るローラによれば、導電性弾性層が３０°以下のＪＩＳ Ａ 硬度を有し、表面層たる樹脂層が３００％以上６００％以下の伸び率を有することで、ローラの表面が感光体などに押圧される際に、比較的硬度の低い導電性弾性層の変形に合わせて表面層が柔軟に追従変形できるので、ローラ表面に皺が生じない。このローラが現像ローラの場合には、現像ローラが感光体表面によって押圧される際に、その押圧位置の変化に合わせて、比較的硬度の低い導電性弾性層の変形に合わせて表面層が柔軟に追従変形できるので、トナー像の濃度ムラが非常に少なくなり、鮮明なトナー像を得ることが可能となる。また、ローラが帯電ローラの場合には感光体へ一様に電荷を供給し、ローラが転写ローラの場合には記録用紙上に鮮明な転写像を得ることが可能となるのである。
【００７１】
さらに、前記表面層の主成分としてポリカーボネートウレタンを用い、さらに表面層被覆前の弾性層のローラ抵抗値を１０4 Ω以上にした場合には、上記した効果をより一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】現像装置を示す模式図である。
【図２】電子写真方式を採用する装置の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 現像ローラ
２ 導電性シャフト
３ 導電性弾性層
４ 表面層
５ トナー容器
６ 非磁性トナー
７ 規制ブレード
８ トナー薄層
９ 感光体
１０ 供給ローラ
２０ 帯電ローラ
２１ 感光体
２２ 画像情報を含んだ光
２３ 現像装置
２４ トナー
２５ トナー容器
２６ 規制ブレード
２７ 現像ローラ
２８ 供給ローラ
２９ 転写ローラ
３０ 記録用紙
３１ 加熱ローラ
３２ 加圧ローラ
３３ 清掃器
Claims (3)
- 中心軸に導電性シャフトを配し、該導電性シャフトの周りに弾性層、該弾性層上に表面層を同心円状に順次積層して構成されるローラにおいて、
前記弾性層が、（Ａ）分子中に少なくとも１個のアルケニル基を含み、主鎖を構成する繰り返し単位が主にオキシアルキレン単位または飽和炭化水素系単位からなる重合体と、（Ｂ）分子中に少なくとも２個のヒドロシリル基を含む硬化剤と、（Ｃ）ヒドロシリル化触媒と、（Ｄ）導電性付与剤と、を主成分とする硬化性組成物の反応物から構成され、該弾性層が１７°以下のＪＩＳ Ａ 硬度を有するとともに、
前記表面層の主成分がポリカーボネートウレタンであり、該表面層が４００％以上６００％以下の伸び率を有する、
ことを特徴とする電子写真方式に用いるローラ。 - 表面層被覆前の弾性層のローラ抵抗値が１０4Ω以上であるとともに、表面層被覆後のローラ抵抗値が１０4Ω〜１０10Ωである請求項１記載の電子写真方式に用いるローラ。
- トナーを静電潜像担持体へ供給する現像装置に組み込まれる現像ローラである請求項１または請求項２記載の電子写真方式に用いるローラ。
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