JP4458943B2 - 帯電ローラ及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、帯電ローラ及び該帯電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帯電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。

従来、上記感光ドラムの帯電には、コロナ放電方式が採用されていたが、コロナ放電方式では、6〜10kＶの高電圧を印加する必要があるため、装置の安全確保の観点から好ましくなく、更に、コロナ放電中にオゾン等の有害物質が発生するため、環境面からも好ましくなかった。これに対し、感光ドラムに帯電ローラを当接させて、感光ドラムと帯電ローラ間に電圧を印加して、感光ドラムを帯電させる接触帯電方式が提案されている。

上記接触帯電方式において、帯電ローラは、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、帯電ローラ表面の平滑性の確保、帯電ローラ表面へのトナーの付着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。

従来、上記樹脂被覆層は、帯電ローラ本体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帯電ローラ本体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、上記樹脂被覆層は、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被覆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被覆層を形成する手法として、帯電ローラの弾性層の表面に紫外線硬化型樹脂を塗布し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（特許文献１参照）。

特開２００２−３１０１３６号公報

しかしながら、上記紫外線硬化型樹脂を含む樹脂被覆層が弾性層の外周面に配設された帯電ローラは、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、かかる帯電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、帯電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、長時間使用しても表面が削れ難く、耐久性に優れた帯電ローラを提供することにある。また、本発明の他の目的は、かかる帯電ローラを備え、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被覆層を配設した帯電ローラにおいて、該樹脂被覆層に非紫外線硬化型のケイ素含有樹脂及び／又は化合物並びにケイ素を含まない紫外線硬化型樹脂を用い、樹脂被覆層を紫外線照射で形成すると共に、樹脂被覆層にケイ素を含有させることで、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被覆層の性能のバラツキを排除でき、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帯電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、本発明の帯電ローラは、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により硬化された紫外線硬化型樹脂を含む樹脂被覆層とを備えた帯電ローラにおいて、前記樹脂被覆層が更に非紫外線硬化型のケイ素含有樹脂及び／又は化合物を含み、該樹脂被覆層が非紫外線硬化型のケイ素含有樹脂及び／又は化合物と、紫外線により重合可能でケイ素を含まない樹脂及び／又は化合物とを含む塗工液を前記弾性層の外周面に塗布した後、紫外線照射により前記紫外線により重合可能でケイ素を含まない樹脂及び／又は化合物を硬化させてなることを特徴とする。ここで、上記紫外線硬化型樹脂は、紫外線により重合可能でケイ素を含まない樹脂及び／又は化合物を紫外線照射により硬化させたものであり、また、上記ケイ素含有樹脂及び／又は化合物は、非紫外線硬化型である。

本発明の帯電ローラは、前記樹脂被覆層が非紫外線硬化型のケイ素含有樹脂及び／又は化合物と紫外線により硬化された紫外線硬化型樹脂とを含む。ここで、該非紫外線硬化型のケイ素含有樹脂及び／又は化合物としては、ケイ素含有(メタ)アクリレート系樹脂及び化合物並びにシリコーン樹脂が好ましい。また、上記紫外線硬化型樹脂は、ケイ素を含まない紫外線硬化型樹脂である。

本発明の帯電ローラにおいて、前記塗工液は、光重合開始剤を含むのが好ましい。

前記塗工液において、前記紫外線により重合可能でケイ素を含まない樹脂及び／又は化合物は、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／又は化合物であるのが好ましい。該紫外線により重合可能な炭素原子間二重結合を有し且つケイ素を含まない樹脂及び／又は化合物としては、(メタ)アクリレートモノマー及びオリゴマーが好ましい。

また、本発明の画像形成装置は、少なくとも帯電ローラを備え、該帯電ローラが上記帯電ローラであることを特徴とする。

本発明によれば、弾性層の表面に樹脂被覆層が配設された帯電ローラにおいて、該樹脂被覆層に非紫外線硬化型のケイ素含有樹脂及び／又は化合物並びにケイ素を含まない紫外線硬化型樹脂を用いることで、量産に長い乾燥ラインを必要とせず、ローラ表面の摩擦抵抗が低く、長期間使用しても摩耗し難く、耐久性に優れた帯電ローラを提供することができる。また、かかる帯電ローラを備え、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、本発明の帯電ローラを、図を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の帯電ローラの一例の断面図である。図示例の帯電ローラ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。図中、樹脂被覆層４は一層よりなるが、本発明の帯電ローラの樹脂被覆層４は、二層以上から構成されていてもよい。ここで、樹脂被覆層４は、紫外線硬化型樹脂を含むこと、並びにケイ素含有樹脂及び／又は化合物を含むことを要する。

本発明の帯電ローラ１においては、樹脂被覆層４を紫外線硬化型樹脂から構成することで、樹脂被覆層４の形成において長時間乾燥する必要が無くなるため、量産に長い乾燥ラインを準備する必要が無い。即ち、本発明の帯電ローラ１の樹脂被覆層４は、紫外線により重合可能でケイ素を含まない樹脂及び／又は化合物を含む塗工液を弾性層３の外表面に塗布した後、紫外線照射して、紫外線により重合可能でケイ素を含まない樹脂及び／又は化合物を硬化させて形成されるため、乾燥工程が必須ではなく、更に、紫外線を照射した段階で、樹脂被覆層４が形成されるため、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被覆層４の性能のバラツキを排除することができる。また、本発明の帯電ローラ１においては、樹脂被覆層４が非紫外線硬化型のケイ素含有樹脂及び／又は化合物を含み、樹脂被覆層４の表面エネルギーが小さくかつ非紫外線硬化型のケイ素系樹脂及び／又は化合物が有する特性が起因して、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。

本発明の帯電ローラのシャフトとしては、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。

本発明の帯電ローラの弾性層は、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。

上記シャフトと弾性層とは、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、シャフトと弾性層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。

また、弾性層にシリコーンゴムを用いる場合、該シリコーンゴムは、一般的なミラブル型シリコーンゴム（ＨＣＲ）でも液状シリコーンゴム（ＬＳＲ）でもよい。なお、液状シリコーンゴムを用いる場合、液状射出成形（ＬＩＭ：Liquid injection Molding）で弾性層を形成するのが好ましい。上記液状シリコーンゴムは、ビニル基含有ポリオルガノシロキサンに対して、オルガノハイドロジェンポリシロキサン、シリカ等の補強性充填剤、導電剤、白金系触媒、反応抑制剤、シリコーンオイル、その他各種添加剤を配合してなり、所定の形状のモールドに注入された後、加熱硬化によって成形される。

上記ビニル基含有ポリオルガノシロキサンは、分子中に２個以上の反応基を有し、該反応基としてはアルケニル基及び水酸基が挙げられる。該ビニル基含有ポリオルガノシロキサンとしては、下記式(I)：

（式中、Ｒ¹は、それぞれ独立して一価の炭化水素基であり、ｎは100〜10,000の整数である）で表される化合物が好ましい。ここで、Ｒ¹における、一価の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基及びペンチル基等のアルキル基、ビニル基及びアリル基等のアルケニル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、フェニル基等のアリール基、ベンジル基等のアラルキル基等が挙げられる。

また、上記オルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、下記式(II)：

（式中、Ｒ²は、それぞれ独立して水素又は一価の炭化水素基であり、ｍは10〜1,000の整数である）で表され、分子中に２個以上のケイ素−水素結合を有する化合物が好ましい。ここで、Ｒ²における、一価の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基及びペンチル基等のアルキル基、ビニル基及びアリル基等のアルケニル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、フェニル基等のアリール基、ベンジル基等のアラルキル基等が挙げられる。

また、液状シリコーンゴムに含まれる導電剤としては、後述する弾性層に一般に用いられる導電剤を使用することができ、白金系触媒としては、塩化第二白金、塩化白金酸、アルコール変性塩化白金酸等が挙げられ、反応抑制剤としては、メチルビニルシクロテトラシロキサン、アセチレンアルコール類、シロキサン変性アセチレンアルコール、ハイドロパーオキサイト等が挙げられる。

上記弾性層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。

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、20〜70度であるのが更に好ましい。また、上記弾性層の表面粗さは、特に限定されるものではないが、ＪＩＳ １０点平均粗さ（Ｒｚ）が30μm以下であるのが好ましく、1〜20μmであるのが更に好ましい。

本発明の帯電ローラの樹脂被覆層は、紫外線により硬化されたケイ素を含まない紫外線硬化型樹脂を含むこと、並びに非紫外線硬化型のケイ素含有樹脂及び／又は化合物を含むことを要する。該樹脂被覆層は、非紫外線硬化型のケイ素含有樹脂及び／又は化合物と、紫外線により重合可能でケイ素を含まない樹脂及び／又は化合物とを含む塗工液を弾性層の外表面に塗布した後、紫外線照射して、紫外線により重合可能でケイ素を含まない樹脂及び／又は化合物を硬化させて形成される。一般に、弾性層の外表面に樹脂被覆層を設けることで、抵抗値を調整したり、トナーの付着を防止したり、画質を改善することができるが、紫外線により重合可能でケイ素を含まない樹脂及び／又は化合物を含む塗工液を硬化させて樹脂被覆層を形成することで、樹脂被覆層の形成に長い乾燥ラインを準備する必要が無くなり、また、乾燥工程の諸条件のバラツキに起因する樹脂被覆層の特性のバラツキを排除することができ、更に、樹脂被覆層に非紫外線硬化型のケイ素含有樹脂及び／又は化合物を含ませることで、樹脂被覆層の摩擦力を大幅に低減して、帯電ローラの耐久性を大幅に向上させることができる。ここで、上記塗工液は、反応性希釈剤、導電剤、光重合開始剤、光重合促進剤を含むのが好ましく、その他、必要に応じて公知の添加剤を含んでもよく、また、溶剤を含まないのが好ましい。なお、塗工液を弾性層の表面に塗布する方法としては、スプレー法、ロールコーター法、ディッピング法およびダイコート法等が挙げられる。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、超高圧水銀ランプ、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、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100〜700 mW/cm²、積算光量200〜3000 mJ/cm²の範囲が好ましい。

上記樹脂被覆層において、非紫外線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物と紫外線硬化型樹脂との割合は、非紫外線硬化型ケイ素含有樹脂及び化合物の合計100質量部に対して紫外線硬化型樹脂が10〜10000質量部の範囲が好ましく、30〜5000質量部の範囲が更に好ましい。非紫外線硬化型ケイ素含有樹脂及び化合物の合計100質量部に対する紫外線硬化型樹脂の配合量が10質量部未満では、紫外線硬化による架橋度が不足し、塗膜強度が低下する場合があり、10000質量部を超えると、ケイ素の含有量が低くなるため目的の性能を発揮出来なくなる場合がある。

上記樹脂被覆層中のケイ素含有率は、0.1〜50質量％の範囲が好ましく、0.5〜30質量％の範囲が更に好ましい。樹脂被覆層中のケイ素含有率が0.1質量％未満では、ケイ素の特性が充分に発揮されないため耐久性が不足する場合があり、50質量％を超えると、塗膜と下層間の密着性が悪くなる場合がある。

上記樹脂被覆層に用いる紫外線硬化型樹脂としては、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、アミノ樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、アクリルウレタン樹脂、ウレタン樹脂、アルキッド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、シリコーン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ビニルエーテル系樹脂、ビニルエステル系樹脂及びこれら樹脂に特定の官能基を導入した変性樹脂等が挙げられ、これら樹脂は、１種単独でも、２種以上を混合して用いてもよい。また、上記樹脂被覆層には、力学的強度、耐環境特性を改善するために架橋構造を導入することが好ましい。

上記紫外線硬化型樹脂は、紫外線により重合可能でケイ素を含まない樹脂及び／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し且つケイ素を含まない樹脂及び／又は化合物を紫外線照射により硬化させてなる。なお、上記紫外線により重合可能でケイ素を含まない樹脂及び／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。

上記紫外線硬化型樹脂の形成に用いられる重合可能な炭素原子間二重結合を有しケイ素を含まない樹脂及び／又は化合物としては、(メタ)アクリレートモノマー及びオリゴマーが好ましい。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。

一方、上記樹脂被覆層に非紫外線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物を用いる場合、該非紫外線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物としては、塗工液に分散又は溶解するものが好ましく、具体的には、シロキサン結合を複数有するケイ素含有(メタ)アクリレート系樹脂及び化合物、シリコーン樹脂、アルコキシシラン類及びその重合物が挙げられる。該非紫外線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物は、１種単独で使用してもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。なお、ケイ素含有樹脂及び／又は化合物は、弾性層との相溶性が悪く、弾性層との接着性がケイ素を含まない樹脂よりも劣るが、樹脂被覆層に非紫外線硬化型のケイ素含有樹脂及び／又は化合物とケイ素を含まない紫外線硬化型樹脂とを含ませた場合、非紫外線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物の表面エネルギーが、ケイ素を含まない紫外線硬化型樹脂の表面エネルギーよりも小さいため、樹脂被覆層の表面側（即ち、弾性層に接しない側）に非紫外線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物が偏在する傾向があり、その結果として、樹脂被覆層の弾性層に接する側の非紫外線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物の含有率が低下して、樹脂被覆層と弾性層との接着性が向上する。また、非紫外線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物が樹脂被覆層の表面側に偏在する結果として、樹脂被覆層のトナーとの離型性が向上する。更に、樹脂被覆層中の非紫外線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物の含有率を減らしても、非紫外線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物が樹脂被覆層の表面側に偏在するため、樹脂被覆層のトナーとの離型性を十分に維持することができると共に、樹脂被覆層と弾性層との接着性を向上させつつ、高価なケイ素含有樹脂及び／又は化合物の含有率を低減することも可能である。ここで、上記非紫外線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物のケイ素含有率は、2〜70質量％の範囲が好ましく、2〜50質量％の範囲が更に好ましい。非紫外線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物のケイ素含有率が2質量％未満では、ケイ素の含有量が低くなるため目的の性能を発揮出来なくなる場合があり、70質量％を超えると、相溶性が低下したり、分散性が低下する場合があるため不適切である。

上記非紫外線硬化型のケイ素含有(メタ)アクリレート系樹脂としては、ポリシロキサン基含有(メタ)アクリレート等のケイ素含有(メタ)アクリレートの単独重合体の他、該ケイ素含有(メタ)アクリレートと、(メタ)アクリル酸のメチル、エチル、ブチル、オクチル、ドデシル等のアルキルエステル；ヒドロキシエチル、ヒドロキシブチル等のヒドロキシアルキルエステル；グリシジルエステル等のケイ素を含まない(メタ)アクリレートとの共重合体等が挙げられる。該共重合体には、更に、(メタ)アクリル酸のパーフルオロアルキルエステル及び部分フッ素化アルキルエステル、並びにパーフルオロアルキル基又は部分フッ素化アルキル基が有機連結基を介して連結された(メタ)アクリル酸エステル等のフッ素含有(メタ)アクリレートを少量共重合させてもよい。また、上記ポリシロキサン基含有(メタ)アクリレートとしては、ポリシロキサン鎖の片末端又は両末端に２価の連結基を介して、(メタ)アクリロイル基が連結された(メタ)アクリル酸エステル等が挙げられる。

一方、上記非紫外線硬化型のシリコーン樹脂は、例えば、オルガノクロロシラン類を加水分解し、重合して得られる三次元網目構造を有するポリマーであり、メチルトリクロロシラン、フェニルトリクロロシラン等の３官能性モノマーを主たるモノマーとし、任意にジメチルジクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン等の２官能性モノマー、クロロシラン等の単官能性モノマーを組み合わせて製造される。また、該シリコーン樹脂をアルキッド変性、ポリエステル変性、エポキシ変性又はフェノール変性等して得た変性シリコーン樹脂を用いることもできる。また、非紫外線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物としては、アルコキシシラン（珪酸エステル）類であるシリケートおよびそれらを重合して得られる重合物も使用でき、これらシリケート類としてはメチルシリケート、エチルシリケート、プロピルシリケート、およびブチルシリケート等が挙げられる。これら非紫外線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物は、１種単独で使用してもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。

上記樹脂被覆層の形成に用いる塗工液には、更に必要に応じて重合性二重結合を有する反応性希釈剤、導電剤等の各種添加剤を配合してもよい。塗工液に重合性二重結合を有する反応性希釈剤を配合することで、塗工液の粘度を調整することができる。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。上記反応性希釈剤の配合量は、上記紫外線により重合可能な樹脂及び化合物の合計100質量部に対して10〜200質量部の範囲が好ましい。

また、上記塗工液に用いる導電剤としては、上記弾性層用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、それらの中でも、カーボン系電子導電剤、イオン導電剤及び透明導電剤が好ましい。カーボン系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、人造グラファイト等が挙げられる。また、透明導電剤としては、ＩＴＯ、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛等の金属酸化物の微粒子；ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属の微粒子：導電性酸化チタンウィスカー、導電性チタン酸バリウムウィスカー等の導電性ウィスカー等が挙げられる。上記透明導電剤の配合量は、上記紫外線により重合可能な樹脂及び化合物と非紫外線硬化型ケイ素含有樹脂及び化合物との合計100質量部に対して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。一方、上記イオン導電剤の配合量は、上記紫外線により重合可能な樹脂及び化合物と非紫外線硬化型ケイ素含有樹脂及び化合物との合計100質量部に対して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。

上記樹脂被覆層の形成に用いる塗工液には、光重合開始剤を配合するのが好ましい。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、紫外線により重合可能な樹脂及び化合物の合計100質量部に対して0.1〜10質量部の範囲が好ましい。

上記樹脂被覆層の形成に用いる塗工液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添加してもよい。これら光重合促進剤の添加量は、紫外線により重合可能な樹脂及び化合物の合計100質量部に対して0.01〜10質量部の範囲が好ましい。

上記樹脂被覆層の厚さは、1〜30μmの範囲が好ましく、1〜10μmの範囲が更に好ましい。樹脂被覆層の厚さが1μm未満では、樹脂被覆層を配設する効果が小さく、30μmを超えると、帯電ローラ表面が硬くなり、柔軟性が損なわれる。

本発明の帯電ローラは、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。なお、抵抗値の測定は、例えば、平板又は円筒状の対極に帯電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。

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、性能が安定した上述の帯電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、上記帯電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５と、感光ドラム５の近傍（図では上方）に位置し感光ドラム５を帯電させるための帯電ローラ１と、トナー６を供給するためのトナー供給ローラ７と、トナー供給ローラ７と感光ドラム５との間に配置された現像ローラ８と、現像ローラ８の近傍（図では上部）に設けられた成層ブレード９と、感光ドラム５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５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、感光ドラム５に帯電ローラ１を当接させて、感光ドラム５と帯電ローラ１との間に電圧を印加して、感光ドラム５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５上に形成する。次に、感光ドラム５と、トナー供給ローラ７と、現像ローラ８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７上のトナー６が現像ローラ８を経て感光ドラム５に送られる。現像ローラ８上のトナー６は、成層ブレード９により、均一な薄層に整えられ、現像ローラ８と感光ドラム５とが接触しながら回転することにより、トナー６が現像ローラ８から感光ドラム５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６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５上に残留するトナー６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、帯電ローラ１に、上述した表面の摩擦抵抗が低く、耐久性に優れ、性能が安定した本発明の帯電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＝37］100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］2.8質量部、ＴＯＹＯＣＡＴ ＥＰ［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［三洋化成株式会社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。

次に、内径12mm、長さ250mmで、表面をフッ素加工した金属製円筒型モールドの片側開口部から、外径6.0mm、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8.0gを発泡機から注入した。

次に、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分間加熱した後脱型し、外径12mm、フォーム部分の全長が230mmのウレタンフォームからなる弾性層を備えたローラ本体を作製した。

上記ローラ本体の外周面に表１に示す配合の塗工液をロールコーターで塗布し、ウシオ電機(株)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、照射強度400mW、積算光量1000mJ/cm²で紫外線照射したところ、塗工液が瞬時に硬化して弾力性のある樹脂被覆層が形成され、ローラ本体の外周面に樹脂被覆層を備えた帯電ローラが得られた。得られた帯電ローラを公知の方法で評価し、また、帯電ローラを画像形成装置に組み込み、画像濃度、ハーフトーン斑の有無、かぶりの有無、先後端濃度差を公知の方法で評価し、更に10000枚印刷した後の帯電ローラ表面の削れの有無を調べた。これらの結果を表１に示す。

（実施例２）
グリセリンにプロピレンオキサイドを付加した3官能で分子量9,000のポリエーテルポリオール100質量部に導電性カーボン1.6質量部とジブチル錫ジラウレート0.15質量部を加え十分に撹拌混合した後、減圧下で撹拌しながら20分間脱泡して、これをポリオール成分とした。ポリオール成分の水酸基価は19mgKOH/gであった。一方、ＮＣＯ含有率が11％のポリプロピレングリコール変性ポリメリックＭＤＩをイソシアネート成分として減圧下で撹拌しながら20分間脱泡して、これをイソシアネート成分とした。ポリオール成分とイソシアネート成分の比率が101.75/13.70（イソシアネートインデックス：103）の割合になるようにして２成分注型機にてポリオールとイソシアネートを3000rpmで高速撹拌混合し、混合したウレタン原液を外径寸法がφ6mmの芯金をセットした筒形状のモールド金型に注入し、90℃で60分間熱風循環オーブンにて加熱キュアーした。筒形状のモールドから芯金つきウレタン・ローラを取り出しローラを得た。上記ローラ本体の外周面に表１に示す配合の塗工液を用いて樹脂被覆層を形成する以外は実施例１と同様にして帯電ローラを製造した。得られた帯電ローラの物性及び性能を表１に示す。

（実施例３）
ムーニー粘度ＭＬ₁₊₄（100℃）が70のＮｉｐｏｌ ＩＲ２２００Ｌ（日本ゼオン製）100質量部、平均分子量29000のＬＩＲ-３０（クラレ製）60質量部、カーボンブラックＴＢ＃５５００（東海カーボン製）28質量部、亜鉛華5質量部、ステアリン酸1質量部、パーヘキサＣ-４０（日本油脂製）9質量部を５５Ｌニーダーを用いて混錬し、ゴム組成物を準備した。接着剤を付けた外径寸法φ6mmの芯金にゴム組成物を三葉製作所のクロスヘッド式押し出し機を用いて円筒状に押し出し未加硫ゴム／芯金一体成型物を得た。これを円筒状の金型内にセットし、3.2×10⁶Paの圧力をかけ175℃で20分間、加硫を行った。割り金型の圧力を開放し、ゴムローラを得、さらに180℃のオーブン中で4時間加硫を行った。得られたローラを回転砥石によりφ12mmの径にプランジ式研磨を行い、ゴムローラを得た。上記ローラ本体の外周面に表１に示す配合の塗工液を用いて樹脂被覆層を形成する以外は実施例１と同様にして帯電ローラを製造した。得られた帯電ローラの物性及び性能を表１に示す。

（実施例４）
ヨウ素価が36、ムーニー粘度ＭＬ₁₊₄（100℃）が39のＥＰＤＭ100質量部に対してカーボンブラックＴＢ＃５５００（東海カーボン製）50質量部、炭酸カルシウムとしてノーベライトＡ（日本粉化工業製）36質量部、ダイアナプロセスオイルＰＷ９０（出光興産製）60質量部、亜鉛華3質量部、ステアリン酸2質量部、加硫促進剤２-メルカプトチアゾール1質量部、硫黄1.5質量部、発泡剤ネオセルボンＮ＃１０００Ｍ（永和化成工業製）6質量部を５５Ｌニーダーを用いて混錬し、発泡ゴム組成物を準備した。接着剤を付けた外径寸法φ6mmの芯金に発泡ゴム組成物を三葉製作所のクロスヘッド式押し出し機を用いて円筒状に押し出し未加硫ゴム／芯金一体成型物を得た。これを円筒状の金型内にセットし、3.2×10⁶Paの圧力をかけ175℃で20分間、加硫・発泡を行った。割り金型の圧力を開放し、スキン層付きの発泡ゴムローラを得、さらに180℃のオーブン中で4時間加硫を行った。得られたローラを回転砥石によりφ12mmの径にプランジ式研磨を行い、発泡ゴムローラを得た。上記ローラ本体の外周面に表１に示す配合の塗工液を用いて樹脂被覆層を形成する以外は実施例１と同様にして帯電ローラを製造した。得られた帯電ローラの物性及び性能を表１に示す。

（実施例５）
液状シリコーンＬＩＭ液＃２０９０（東レ・ダウコーニング・シリコーン製）を撹拌脱泡したのち、外径寸法がφ6mmの芯金をセットした筒形状のモールド金型に注入し、120℃で30分間熱風循環オーブンにて加熱キュアーした。筒形状のモールドから芯金つきローラを取り出し、200℃で4時間熱風循環オーブンにて加熱キュアーしローラを得た。上記ローラ本体の外周面に表１に示す配合の塗工液を用いて樹脂被覆層を形成する以外は実施例１と同様にして帯電ローラを製造した。得られた帯電ローラの物性及び性能を表１に示す。

（実施例６）
表２に示す配合の塗工液を用いて樹脂被覆層を形成する以外は実施例１と同様にして帯電ローラを製造した。得られた帯電ローラの物性及び性能を表１に示す。

（実施例７）
表２に示す配合の塗工液を用いて樹脂被覆層を形成する以外は実施例１と同様にして帯電ローラを製造した。得られた帯電ローラの物性及び性能を表２に示す。

（実施例８）
実施例１で作製したウレタンフォームからなる弾性層を備えたローラ本体上にＵＲ８４０１（東洋紡製）100質量部、コロネートＨＸ（日本ポリウレタン製）5質量部、カーボンブラックＰｒｉｎｔｅｘ３５（デグッサ製）25質量部、ＭＥＫ（メチルエチルケトン）100質量部からなる塗料を50μmの厚さに塗布した後100℃で1時間加熱硬化した。得られたローラに表２に示す配合の塗工液を用いて樹脂被覆層を形成し帯電ローラを製造した。得られた帯電ローラの物性及び性能を表２に示す。

（比較例１）
表２に示す配合の塗工液を用いて樹脂被覆層を形成する以外は実施例１と同様にして帯電ローラを製造した。得られた帯電ローラの物性及び性能を表２に示す。

（比較例２）
表２に示す配合の塗工液を用いて樹脂被覆層を形成する以外は実施例３と同様にして帯電ローラを製造した。得られた帯電ローラの物性及び性能を表２に示す。

評価方法：
（１）画像評価
画像形成装置：市販レーザープリンター
カートリッジ色：シアン
（２）表面粗さ
サーフコム590A（東京精密製）
（３）抵抗値
R8340A ULTRA HIGH RESISTANCE METER (ADVANTEST製)
測定条件：シャフトとローラ表面間の印加電圧100Ｖ
ローラ両端に500gの荷重をかけ静止状態で測定

表１及び表２から明らかなように、実施例の帯電ローラは、樹脂被覆層の物性が均一で且つ摩擦抵抗が小さいため、該帯電ローラを組み込んだ画像形成装置は、長期に渡って優れた画像を安定して形成することができる。

本発明の帯電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 帯電ローラ
２ シャフト
３ 弾性層
４ 樹脂被覆層
５ 感光ドラム
６ トナー
７ トナー供給ローラ
８ 現像ローラ
９ 成層ブレード
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 (6)

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により硬化された紫外線硬化型樹脂を含む樹脂被覆層とを備えた帯電ローラにおいて、
   前記樹脂被覆層が更に非紫外線硬化型のケイ素含有樹脂及び／又は化合物を含み、該樹脂被覆層が非紫外線硬化型のケイ素含有樹脂及び／又は化合物と、紫外線により重合可能でケイ素を含まない樹脂及び／又は化合物とを含む塗工液を前記弾性層の外周面に塗布した後、紫外線照射により前記紫外線により重合可能でケイ素を含まない樹脂及び／又は化合物を硬化させてなる
   ことを特徴とする帯電ローラ。
2. 前記非紫外線硬化型のケイ素含有樹脂及び／又は化合物が、ケイ素含有(メタ)アクリレート系樹脂及び化合物、並びにシリコーン樹脂からなる群から選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項１に記載の帯電ローラ。
3. 前記塗工液が光重合開始剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の帯電ローラ。
4. 前記紫外線により重合可能でケイ素を含まない樹脂及び／又は化合物が、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／又は化合物であることを特徴とする請求項１に記載の帯電ローラ。
5. 前記紫外線により重合可能な炭素原子間二重結合を有し且つケイ素を含まない樹脂及び／又は化合物が、(メタ)アクリレートモノマー及び／又はオリゴマーであることを特徴とする請求項４に記載の帯電ローラ。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の帯電ローラを備えた画像形成装置。

Images