JP4921607B2 - 帯電部材およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明はプロセスカートリッジおよび電子写真装置に使用される導電性帯電部材およびその製造方法に関する。

特許文献１には、フッ素含有ポリ（メタ）アクリレート系樹脂やフッ素含有ポリオレフィン系樹脂を電子線で硬化させて成る樹脂を含む被覆層を備えた、接触帯電方式に用いられる帯電部材が開示されている。

特開２００５−３５２１６９号公報

本発明者らは、上記特許文献１に係る帯電部材について検討を行ったところ、長期の使用に伴って帯電部材と感光体との摩擦により帯電部材の表面に傷が生じ、それに起因する画像不良が発生する場合があることを知見した。
そこで、本発明の目的は、表面自由エネルギーを低く保ったまま、表面硬度を高め、長期の使用によっても表面が傷付き難く、かつ、表面にトナー等が付着しにくい帯電部材およびその製造方法を提供することにある。

本発明によれば、導電性の支持体と導電性の弾性層とを具備し、かつ、下記化学式（１）で表される化合物の硬化物を含有している表面領域を有している帯電部材が提供される：

（化学式（１）中、ｎは０以上６以下の整数を表し、ｍは０以上６以下の整数を表し、ｎとｍとの合計は２以上６以下であり、ｘおよびｙは各々独立に０以上４以下の整数を表し、Ｒ_１およびＲ_２は各々独立に水素原子またはメチル基を表す）。

また、本発明によれば、
（１）下記化学式（１）で表される化合物とバインダーポリマーとを含む混合物を得る工程と、
（２）導電性支持体上に該混合物の層を形成する工程と、
（３）該混合物の層中の化学式（１）で表される化合物をブリードさせ、該混合物の層の表面に下記化学式（１）で表される化合物を偏在させる工程と、
（４）該混合物の層の表面に偏在させた下記化学式（１）で表される化合物を硬化させて、表面層を形成する工程と、を有する帯電部材の製造方法が提供される：

（化学式（１）中、ｎは０以上６以下の整数を表し、ｍは０以上６以下の整数を表し、ｎとｍとの合計は２以上６以下であり、ｘおよびｙは各々独立に０以上４以下の整数を表し、Ｒ_１およびＲ_２は各々独立に水素原子またはメチル基を表す）。

本発明によれば、低い表面自由エネルギーと、高い表面硬度とを備えた帯電部材を得ることができる。また、本発明の帯電部材を電子写真装置に用いることによって、高品位な電子写真画像を安定して形成し得る電子写真装置を得ることができる。

本発明の帯電部材を用いた電子写真装置の一例を示す模式図である。 本発明の帯電部材の軸方向に垂直な方向の一例の断面図である。

本発明に係る帯電部材は、表面自由エネルギーが低く、かつ、表面硬度が高い。そのため、長期に亘って使用した場合であっても、その表面へのトナーや外添剤の付着が抑えられ、また、その表面への傷付きも抑えられる。

＜帯電部材＞
本発明に係る帯電部材は、導電性支持体と、導電性支持体の外側に設けられた導電性弾性層と、導電性弾性層の外側に設けられた表面層とを有する。図２は本発明に係るローラ形状の帯電部材（以降、「帯電ローラ」と称する）の軸に直交する方向の断面図である。帯電ローラ１は導電性支持体１１と、その外周に設けられた導電性の弾性層１２と、導電性弾性層１２の外周に設けられた表面領域１３とを具備する。なお、弾性層は複数の層からなっていてもよい。但し、生産性の観点から導電性の弾性層は単層とすることが好ましい。

＜導電性弾性層＞
導電性弾性層は、後述するバインターポリマーに対して、導電性粒子等の必要な添加剤を混合（分散）した弾性層形成用未加硫ゴム混合物を用いて形成される。また、導電性弾性層は、弾性層形成用未加硫ゴム材料の加硫物（硬化物）であることができる。なお、導電性弾性層は、上記化学式（１）で表される化合物（フッ素置換飽和脂環基含有（メタ）アクリル酸エステル）の硬化物を含有していても良い。

（バインダーポリマー）
導電性弾性層の主たる構成材料であるバインダーポリマーとして、帯電部材の実使用温度範囲でゴム弾性を示す材料を適宜用いることができる。

バインダーポリマーの具体例を以下に挙げる。
天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレン−ブタジエン（ＳＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、エチレン−プロピレン−ジエン３元共重合体ゴム（ＥＰＤＭ）、エピクロルヒドリンホモポリマー（ＣＨＣ）、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド共重合体（ＣＨＲ）、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル３元共重合体（ＣＨＲ−ＡＧＥ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体（ＮＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体の水添物（Ｈ−ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ、ＡＮＭ）等。

また、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、塩ビ系熱可塑性エラストマー等の熱可塑性エラストマー等も挙げられる。また、バインダーポリマーとして、これらを単独で用いても良いし、２種以上ブレンドして用いても良い。

なお、バインダーポリマーは、その性質に応じて加硫缶や電子線等を適宜用いて加硫（硬化）されたものであってもよい。

（導電剤）
また、弾性層には、その電気抵抗を調整する目的で導電剤を含有させることが好ましい。
導電剤の具体例を以下に挙げる。
カーボンブラック、グラファイト等の炭素材料；
酸化チタン、酸化錫等の酸化物；
Ｃｕ、Ａｇ等の金属；酸化物や金属を粒子表面に被覆して導電化した導電粒子等の電子導電剤や、過塩素酸リチウム、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸カルシウム等の無機イオン物質；
ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド、オクタデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ドデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロライド、トリオクチルプロピルアンモニウムブロミド、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等の陽イオン性界面活性剤；
ラウリルベタイン、ステアリルベタイン、ジメチルアルキルラウリルベタイン等の両性イオン界面活性剤；
過塩素酸テトラエチルアンモニウム、過塩素酸テトラブチルアンモニウム、過塩素酸トリメチルオクタデシルアンモニウム等の第四級アンモニウム塩；
トリフルオロメタンスルホン酸リチウム等の有機酸リチウム塩。

さらに、弾性層中には、必要に応じてゴムの配合剤として一般に用いられている充填剤、加工助剤、架橋助剤、架橋促進剤、架橋促進助剤、架橋遅延剤、分散剤等を含有させることもできる。

これらの原料の混合方法としては、バンバリーミキサーや加圧式ニーダーといった密閉型混合機を使用した混合方法や、オープンロールのような開放型の混合機を使用した混合方法などを例示することができる。

導電性弾性層の成形方法としては、例えば下記（Ａ）および（Ｂ）の方法を挙げることができる。
（Ａ）未加硫の弾性層形成用未加硫ゴム混合物を押出機によりチューブ状に押出成形し、これを加硫缶で加硫成形したものに導電性支持体を圧入後、表面を研磨して所望の外径とする方法。
（Ｂ）未加硫の弾性層形成用未加硫ゴム材料を、クロスヘッドを装着した押出機により、導電性支持体を中心に円筒形に共押出し、所望の外径の金型内部に固定、加硫後、成形体を得る方法。

中でも、上記（Ｂ）の方法は、連続生産が容易で、工程数が少なく、低コストでの製造に適しているため、より好ましい方法である。

こうして形成されたゴムローラは、その表面を研磨処理することによって、より精密にその形状を成形する事が出来る。ローラの表面を研磨する方法としては、砥石またはローラをローラのスラスト方向に移動して研磨するトラバースの研磨方式と、ローラを芯金軸の中心に回転させながらローラ長さより幅広の研磨砥石を往復させずに切り込むプランジカットの研磨方式が挙げられる。プランジカットの円筒研磨方式は弾性体ローラの全幅を一度に研磨できる利点があり、トラバースの円筒研磨方式より加工時間が短くすることができるため、より好ましい。

＜表面領域＞
本発明に係る表面領域１３とは、導電性弾性層との間に明確な界面を有する表面層だけでなく、導電性弾性層との間に明確な界面を有しないものの、帯電部材の表面側に、下記化学式（１）で示されるモノマーの硬化物がより多く存在している領域をも包含する。

本発明にかかる表面領域は、下記化学式（１）で表されるフッ素置換飽和脂環基含有（メタ）アクリル酸エステルの硬化物を含有する。また、必要に応じて加硫剤や加硫助剤等の配合剤を含有することもできる。

表面領域中の化学式（１）で表されるフッ素置換飽和脂環基含有（メタ）アクリル酸エステルの硬化物の含有割合は、多ければ多い程、本発明の効果がより良く発揮されるため好ましい。

なお、化学式（１）で表されるフッ素置換飽和脂環基含有（メタ）アクリル酸エステルの硬化物とは、化学式（１）で表される化合物が反応（硬化）したものを指す。
その硬化方法としては、例えば、加熱、紫外線照射、および電子線照射等を挙げることができる。

上記化学式（１）中、ｎは０以上６以下の整数を表し、ｍは０以上６以下の整数を表し、ｎとｍとの合計は２以上６以下であり、ｘおよびｙは各々独立に０以上４以下の整数を表す。また、Ｒ_１およびＲ_２は各々独立に水素原子またはメチル基を表す。

化学式（１）中、ｎとｍとの合計（ｎ＋ｍ）が１の上記化合物は、不安定であり、合成が困難であり、かつ熱分解しやすい。一方、ｎ＋ｍが７以上の上記化合物は、構造中のフッ素置換飽和脂環構造の部分において分子鎖が比較的自由に回転するため、硬化物の剛性が低下し、その結果として表面硬度の低下、耐磨耗性の低下を招来する。

ｘおよびｙの少なくとも一方が５以上の場合、化学式（１）の化合物中のフッ素含有量の割合が少なくなり、表面層として使用した場合、帯電ローラ表面の表面自由エネルギーが高くなるため、外添剤等の付着防止効果が低下する。そのため、本発明におけるｘおよびｙは、それぞれ０以上４以下の整数とする。また、この範囲内でｘおよびｙの値はそれぞれ小さい方が、帯電部材の表面自由エネルギーをより小さくすることができるため好ましい。

さらに、ｘおよびｙがそれぞれ１である上記化合物は、ｘおよびｙがそれぞれ０の上記化合物と比較してアクリレート基と脂環基との距離が離れることで脂環基の立体障害の影響が小さくなり、反応性が高くなるため、好ましい。
特に、化学式（１）中、ｎとｍとの合計が４であり、ｘおよびｙがいずれも１である、下記化学式（２）、（３）、または（４）で表される化合物はいずれも、以下の点からより好ましい。

すなわち、下記化学式（２）、（３）または（４）であらわされる化合物はいずれも、炭素数が６の脂環基であるパーフルオロシクロヘキサン構造を有しており、化合物の安定性が特に高い。これは、シクロヘキシル基の炭素数が６であるため、炭素−炭素結合角のひずみが、６以外の炭素数で構成されるシクロアルカン基に比べ小さく、安定性が高くなることによるものである。

（化学式（２）中、Ｒ_３およびＲ_４は各々独立に水素原子またはメチル基を表す）。

（化学式（３）中、Ｒ_５およびＲ_６は各々独立に水素原子またはメチル基を表す）。

（化学式（４）中、Ｒ_７およびＲ_８は各々独立に水素原子またはメチル基を表す）。

化学式（１）で表されるフッ素置換脂環基含有（メタ）アクリル酸エステルを得る方法としては、例えば、フッ素置換脂環基含有ポリオールと（メタ）アクリル酸とを、酸触媒存在下で脱水縮合してエステル化反応して得る方法が挙げられる。この時、用いるフッ素置換脂環基含有ポリオールは、脂環ポリオールにフッ素化剤を反応させたり、脂環化合物とフッ素化剤とを反応させてから適宜酸化、または還元させたりして得ることができる。化学式（１）であらわされる化合物がパーフルオロ（シクロヘキサン）−１，２−ジメタノールジアクリレートの場合、無水フタル酸をフッ素化し、リチウムアルミニウムハイドライドで還元後、アクリル酸とエステル化して得ることができる。

本発明に係る表面領域の形成方法としては、以下の方法が挙げられる。
即ち、上記化学式（１）で表される材料を溶剤に溶解または分散させた液を、ディッピング、リング塗工、ビーム塗工、ロールコーター、スプレー等の公知の塗工方法によって、導電性弾性層表面にコーティングする。その後、加熱による重合硬化、紫外線や電子線の照射等により硬化させる方法。

また、次のような方法によっても本発明に係る表面領域の形成が可能である。
即ち、まず弾性層形成用未加硫ゴム材料にあらかじめ化学式（１）で表される材料を混合させて混合物を得る。この混合物の層を導電性支持体上に成形後、混合物の層中の化学式（１）で表される材料をブリードさせ、混合物の層の表面に偏在させる。その後、ブリードさせた化学式（１）で表される材料を硬化し、表面領域を形成する方法（以下「ブリード法」と称する）。

後者の方法によって得られる表面領域は、前者の方法によって得られる表面領域と比較して、導電性弾性層に対する密着性が高い。また、表面領域の厚みが、塗工工程を経ないため、より均一となる。そのため、後者の方法は、より好ましい製造方法である。

そこで、以下にブリード法にて表面領域を形成する工程を含む、本発明に係る帯電部材の製造方法を詳細に説明する。
すなわち、本発明に係る帯電部材の製造方法は下記（Ｃ）乃至（Ｆ）の工程を有する。
（Ｃ）化学式（１）で表されるフッ素置換飽和脂環基含有（メタ）アクリル酸エステルとバインダーポリマーとを含むゴム混合物を得る工程。
（Ｄ）導電性支持体上に前記ゴム混合物の層を成形する工程。
（Ｅ）ゴム混合物の層中の化学式（１）で表されるフッ素置換飽和脂環基含有（メタ）アクリル酸エステルをブリードさせ、混合物の層の表面にフッ素置換飽和脂環基含有（メタ）アクリル酸エステルを偏在させるブリード工程。
（Ｆ）混合物の層の表面に偏在させた化学式（１）で表されるフッ素置換飽和脂環基含有（メタ）アクリル酸エステルを反応させ、表面層を形成する工程。

上記ゴム混合物は、化学式（１）で表される化合物と、バインダーポリマーと、必要に応じて上述した導電性粒子等の添加剤とを混合して得ることができる。
なお、ゴム混合物中のバインダーポリマーによっては、工程（Ｄ）および工程（Ｅ）の間に、ゴム混合物の層中のバインダーポリマーの加硫工程を設ける。
また、導電性弾性層を複数層からなる構成にする場合は、最外の導電性弾性層に化学式（１）で表される化合物を混合させブリードさせることで、表面層を形成させる事ができる。

ゴム混合物の層の表面に偏在させた化学式（１）で表される化合物を反応させる方法としては、以下の方法が挙げられる。即ち、加熱、紫外線照射、および電子線照射等を挙げることができる。なお、この時の反応とは、フッ素置換飽和脂環基含有（メタ）アクリル酸エステルの硬化反応であることができる。（メタ）アクリル酸エステル基は加熱、紫外線照射、電子線照射によって、架橋反応を起こすため、硬化することができる。

なお、ゴム混合物の層の表面側に化学式（１）で表される化合物が偏在しているか否かは、以下の方法にて確認することができる。即ち、表面領域を形成した後の帯電部材表面を、ＦＴ−ＩＲ（赤外分光法）の全反射測定法（ＡＴＲ法）により、化学式（１）で示される化合物の硬化物由来のピークを検出する。この時、バインダーポリマー由来のピークと化学式（１）なる化合物の硬化物由来のピークの強度比（化学式（１）なる化合物の硬化物由来のピーク強度／バインダーポリマー由来のピーク強度）が帯電部材内部よりも大きい事で表面に偏在している事を確認できる。

ブリード工程を含む方法によって帯電部材を形成した場合、表面領域の組成は化学式（１）で示される化合物の硬化物によって構成されることとなる。また、ブリード工程において前記ゴム混合物に配合した化学式（１）で示される化合物以外の配合物は、化学式（１）で示される化合物のブリードと共にブリードさせることで、表面領域を塗工法によって形成した場合とほぼ同様に、表面領域中に存在させることが可能である。

ブリード工程は、例えば、混合物の層を成形後に、温度８０℃以上１２０℃以下で約１０分〜３０分ほど、加熱することで行う。加熱することで、弾性層を構成するポリマーやゴムの分子運動性が向上し、ブリードが促される。

ゴム混合物中の化学式（１）で表される化合物の配合量は、バインダーポリマー１００質量部に対して、１．０質量部以上１０質量部以下が好ましい。配合量が１．０質量部以上の場合、容易に適切なブリード量を確保することができ、ブリード量が少ないことによる表面層の厚さムラの発生を容易に防ぐことができる。配合量が１０質量部以下の場合では、容易に適切なブリード量を確保することができ、ブリード量が多いことによる表面領域の厚みムラの発生を抑制することができる。

化学式（１）で表される化合物は、混合・成形・加硫過程でも硬化せず、適度にブリードする。そのため、ブリード工程を含む本発明に係る帯電部材の製造方法に適している。

これは、化学式（１）で表される化合物が、適度にかさ高い置換基を有している事に起因している。例えば、パーフルオロシクロヘキサン構造を有しており、弾性層を構成するポリマー鎖間を移動する速度が適度に遅いためである。一般的に、ブリード過程において、少量の配合量で、大量にブリードする材料を用いる場合、表面層の厚さムラが若干発生してしまうことがある。表面層の厚さムラを持つ帯電ローラは、電子写真装置中で用いた場合に、画像不良を引き起こす。ローラ上の画像不良が発生した箇所を、光学顕微鏡等で観察すると、光沢ムラが見られることがある。この光沢ムラが見られる箇所について、帯電ローラ断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）や走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察すると、０．２μｍ〜５μｍの表面層の厚さムラが観察される。即ち、画像不良が、表面層の厚さムラに起因するかどうかは、画像不良が発生した箇所を光学顕微鏡等により観察し、光沢ムラが観察できるかどうかにより判定することができる。

また、上記化学式（１）で示される化合物は、架橋性官能基である（メタ）アクリレート基を二つ有しており、架橋性官能基が一つのものに比べ、架橋点が多くなる。さらに、化学式（１）はフッ素置換飽和脂環基を有しており、従来の直鎖状パーフルオロアルキル基に比べ、自由回転が制限され、占有体積が小さくなるため、硬化した場合に、より架橋が密となり、帯電部材の表面硬度が高くなる。そのため、本発明に係る帯電部材は、高い耐磨耗性を有している。

また、化学式（１）で示される化合物は、フッ素原子を多数含有するため、その硬化物を帯電部材の表面層に用いることで、表面自由エネルギーが低くなり、トナーや外添剤等に対する汚染性を小さくすることができる。そのため、本発明の帯電部材は、トナーや外添剤の弾性部材表面への付着が少なく、高い耐磨耗性を有し、長期にわたり画像不良の発生を十分に抑制することが可能である。

本出願に係る第二の発明である、帯電部材の製造方法は、表面層の塗布工程が簡略化することができ、表面層の厚みムラの発生を抑制することが可能である。更に、弾性層との接着性が高い表面層が得られるため、従来、接着性を高めるために混合していた非フッ素含有の硬化型樹脂を表面層に含有する必要がなく、表面自由エネルギーを低く保ったまま、表面硬度を高くすることが可能である。

なお、本発明における帯電ローラには、必要に応じて、弾性層や表面層以外に、接着層、拡散防止層、下地層、プライマー層等の機能層を設けることもできる。

＜電子写真装置＞
図１に、本発明に係る電子写真装置の概略断面図を示す。図１において、２１は被帯電体としての電子写真感光体である。電子写真感光体２１は、アルミニウムなどの導電性を有する支持体２１ｂと、支持体２１ｂ上に形成した感光層２１ａとを備え、かつ、ドラム形状を有する。そして、電子写真感光体２１は、支軸２１ｃを中心に図上時計方向に所定の周速度をもって回転駆動される。

また、電子写真感光体２１に接触配置されて電子写真感光体を所定の極性・電位に帯電（一次帯電）するローラ形状の帯電部材（以降、「帯電ローラ」ともいう）１として、本発明に係る帯電部材が使用される。帯電ローラ１は、導電性支持体１１の両端部を不図示の押圧手段によって電子写真感光体２１に対して押圧され、電子写真感光体２１に従動して回転可能に構成されている。

電源２２と摺擦電源２３より、導電性支持体１１へ所定の直流（ＤＣ）バイアスが印加されることで電子写真感光体２１が所定の極性・電位に接触帯電される。帯電ローラ１で周面が帯電された電子写真感光体２１は、次いで露光器２４により目的画像情報の露光（レーザービーム走査露光、原稿画像のスリット露光など）を受けることで、その周面に目的の画像情報に対した静電潜像が形成される。

その静電潜像は、次いで、現像部材２５により、トナー画像として順次に可視像化されていく。このトナー画像は、次いで、転写部材２６により不図示の給紙手段部から適正なタイミングで電子写真感光体２１と転写部材２６との間の転写部へ搬送された転写材２７に順次転写されていく。転写部材２６は転写ローラであり、転写材２７の裏からトナーと逆極性の帯電を行うことで電子写真感光体２１側のトナー画像が転写材２７に転写されていく。

表面にトナー画像の転写を受けた転写材２７は、電子写真感光体２１から分離されて不図示の定着手段へ搬送されて像定着を受け、画像形成物として出力される。あるいは、裏面にも像形成するものでは、転写部への再搬送手段へ搬送される。

像転写後の電子写真感光体２１の周面は、前露光器２８による前露光を受けて電子写真感光体ドラム上の残留電荷が除去（除電）される。除電された電子写真感光体２１の周面は、クリーニング部材２９で転写残りトナーなどの付着汚染物の除去を受けて洗浄面化されて、繰り返して画像形成に供される。

帯電ローラ１は面移動駆動される電子写真感光体２１に従動駆動させてもよいし、非回転にしてもよいし、電子写真感光体２１の面移動方向に順方向または逆方向に所定の周速度をもって積極的に回転駆動させるようにしてもよい。

露光は、電子写真装置を複写機として使用する場合には、原稿からの反射光や透過光、また、原稿を読み取り信号化し、この信号に基づいてレーザービームを走査したり、ＬＥＤアレイを駆動したり、または液晶シャッターアレイを駆動してもよい。本発明の帯電部材を使用することのできる電子写真装置としては、複写機、レーザービームプリンター、ＬＥＤプリンター、および、電子写真製版システムなどの電子写真応用装置などが挙げられる。

以下に実施例によって本発明を更に詳細に説明する。なお、以下、試薬等は特に指定のないものは市販の高純度品を用いた。

（表面層材料の合成）
以下に、本発明に係るフッ素置換飽和脂環基含有（メタ）アクリル酸エステルの合成例を示す。

（合成例１）
表１の材料をトルエン１００ｍｌとシクロヘキサン７０ｍｌとの混合溶媒に溶解した。

この溶液に対して６０ｍＬ／分の流量で空気を吹込みながら、２０時間還流させて、脱水させエステル化反応を行った。反応終了後、１０質量％炭酸水素ナトリウム水溶液を加え、有機層を分取した。この有機層を濃縮して、パーフルオロ（シクロヘキサン）−１，２−ジメタノールジアクリレート（化合物Ａ）が得られた。生成物の^１Ｈ ＮＭＲの測定により、合成反応の進行を確認した。
^１Ｈ ＮＭＲ：δ（ＣＤＣｌ_３）４．９４（−ＣＨ_２−，ｓ，４Ｈ），５．９６−６．５３（ＣＨ_２＝ＣＨ−，ｍ，６Ｈ）
なお、^１Ｈ ＮＭＲの測定条件を以下に示す。
測定装置、ＦＴＮＭＲ装置：「ＪＮＭ−ＥＸ４００」（商品名、日本電子（株）製）。
測定周波数：４００ＭＨｚ。
パルス条件：５．０μＳ。
データポイント：３２７６８。
周波数範囲：１０５００Ｈｚ。
積算回数：１６回。
測定温度：室温。

また、測定用サンプルは、測定試料５０ｍｇを直径５ｍｍのサンプルチューブに入れ、溶媒としてＣＤＣｌ_３（重クロロホルム：ＴＭＳ（テトラメチルシラン）０．０５質量％含有）を添加することによって調製した。

（合成例２）
フッ素置換脂環基含有ポリオールをパーフルオロ（シクロヘキサン）−１，２−ジメタノール６５ｇからパーフルオロ（シクロヘキサン）−１，２−ジエタノール６１ｇに変更した。それ以外は合成例１と同様にして、パーフルオロ（シクロヘキサン）−１，２−ジエタノールジアクリレート（化合物Ｂ）を得た。

（合成例３）
フッ素置換脂環基含有ポリオールをパーフルオロ（シクロヘキサン）−１，２−ジメタノール６５ｇからパーフルオロ（シクロヘキサン）−１，３−ジメタノール６５ｇに変更した。それ以外は、合成例１と同様にして、パーフルオロ（シクロヘキサン）−１，３−ジメタノールジアクリレート（化合物Ｃ）を得た。

（合成例４）
フッ素置換脂環基含有ポリオールをパーフルオロ（シクロヘキサン）−１，２−ジメタノール６５ｇからパーフルオロ（シクロヘキサン）−１，４−ジメタノール６５ｇに変更した。それ以外は、合成例１と同様にして、パーフルオロ（シクロヘキサン）−１，４−ジメタノールジアクリレート（化合物Ｄ）を得た。

前記化学式（１）で示される化合物に係る、上記化合物Ａ乃至Ｄのｎ、ｍ、ｎ＋ｍ、ｘおよびｙの値を下記表２に示す。

以下に、本発明の帯電ローラの作製例を示す。

＜実施例１＞
表３に示す材料を、６リットル加圧ニーダー：「ＴＤ６−１５ＭＤＸ」（商品名、トーシン社製）にて混合して、未加硫ゴム混合物Ａを得た。混合条件としては、充填率を７０ｖｏｌ％、ブレード回転数を３５ｒｐｍとし、混合時間を１６分とした。

上記未加硫ゴム混合物Ａと、下記表４に示す材料とを、ロール径１２インチ（３０．５ｃｍ）のオープンロールを用いて混合し、未加硫ゴム混合物Ｂを得た。混合条件としては、前ロール回転数を１０ｒｐｍ、後ロール回転数を８ｒｐｍ、ロール間隙を２ｍｍとした。

上記未加硫ゴム混合物Ｂに、合成例１で得た化合物Ａを５質量部加え、オープンロールを用いて混合し、未加硫ゴム混合物Ｃを得た。なお、混合条件は、上記未加硫ゴム混合物Ａに硫黄と加硫促進剤とを混合したときの混合条件と同じとした。

（混合物の層の成形）
直径６ｍｍ、長さ２５２ｍｍの円柱形の導電性支持体（株式会社ミクロン精工製、鋼製、表面はニッケルメッキ）の円柱面の軸方向中央部２２８ｍｍに導電性加硫接着剤：「メタロックＵ−２０」（商品名、東洋化学研究所製）を塗布し、温度８０℃で３０分間乾燥した。
次に、未加硫ゴム混合物Ｃを、クロスヘッド付き押出成形機を用いて導電性支持体の周面に円筒状に押し出して、導電性支持体の外周に未加硫ゴム混合物Ｃの層がコーティングされた未加硫ゴムローラを作製した。
押出成形機は、シリンダー径４５ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝２０のものを用いた。また、押出の際のクロスヘッドの温度を１００℃、シリンダー部分の温度を１１０℃、スクリューの温度を１１０℃とした。

得られた未加硫ゴムローラを、加熱炉にて空気中、大気圧下、温度１６０℃で３０分加熱してゴムを加硫させ、導電性支持体の外周に加硫ゴム層（ｖｕｌｃａｎｉｚｅｄ ｒｕｂｂｅｒ ｌａｙｅｒ）を形成した。次いで、加硫ゴム層の幅方向（導電性支持体の軸方向と同じ方向）の両端部を、加硫ゴム層の幅方向の長さが２３２ｍｍとなるように切断した。
さらに、加硫ゴム層の表面を研磨機（商品名：ＬＥＯ−６００−Ｆ４−ＢＭＥ、水口製作所製）で研磨し、端部直径８．４０ｍｍ、中央部直径８．５０ｍｍのクラウン形状の加硫ゴム層を有するゴムローラを得た。

得られたゴムローラを加熱炉にて、空気中、大気圧下、温度１００℃で３０分加熱し、加硫ゴム層の表面側に化合物Ａをブリードさせた。

次いで、ゴムローラの表面に電子線を照射し、化合物Ａを硬化させて帯電ローラ１を得た。電子線の照射は、最大加速電圧１５０ｋＶ、最大電子電流４０ｍＡの電子線照射装置（岩崎電気株式会社製）を用い、加速電圧を１５０ＫＶ、電子電流を１０ｍＡとして、ゴムローラを５００ｒｐｍで回転させながら３秒間行った。また、電子線照射の際には、ゴムローラの周辺を窒素ガスを用いて、酸素濃度を１００ｐｐｍとした。

次に、帯電ローラの各種物性・性能の評価方法について説明する。

（表面層の確認）
帯電ローラ１の表面および表面から深さ方向に０．５ｍｍの部分について、赤外吸収スペクトル分析を行った。分析には、顕微ＩＲ（商品名ＡＩＭ−８０００Ｒ、島津製作所製）を接続した分析装置（商品名：ＦＴＩＲ−８３００、島津製作所製）を用い、ゲルマニウムプリズムを使用して全反射測定法（ＡＴＲ法）にて行った。
この時、ＮＢＲ由来のピーク（Ｃ≡Ｎ伸縮 ２２３７ｃｍ^−１）と化学式（１）で表される化合物に由来のピーク（Ｃ＝Ｏ伸縮 １７２０ｃｍ^−１）の強度比（表面層形成材料由来のピーク強度／ＮＢＲ由来のピーク強度）を比較した。その結果、帯電ローラ表面は、弾性層内部と比較して、この強度比が大きくなっていることより、化学式（１）で表される化合物の硬化物が偏在した表面領域が形成されていることを確認した。

（ローラ硬度の測定）
帯電ローラ１の硬度の測定は、マイクロゴム硬度計（商品名：ＭＤ−１ ｃａｐａ、高分子計器株式会社製）を用い、温度２３℃、湿度５５％ＲＨ（相対湿度）環境においてピークホールドモードで測定した。より詳しくは帯電ローラを金属製の板の上に置き、金属製のブロックを置いて帯電ローラが転がらないように固定し、金属板に対して垂直方向から帯電部材の中心に測定端子を押し当て５秒後の値を読み取った。これを帯電ローラの軸方向のゴム端部から３０〜４０ｍｍの位置の両端部及び中央部のそれぞれ周方向に３箇所ずつ、計９箇所を測定し、得られた測定値の平均値を帯電ローラの硬度とした。その結果、帯電ローラ１の硬度は７９°であった。

（表面硬度の測定）
帯電ローラ１について、表面皮膜物性試験機（商品名：フィッシャースコープＨ１００Ｃ、Ｆｉｓｃｈｅｒ社製）を用いて、以下の条件で荷重を加えたときの圧子の押し込み深さが５μｍまでの最大硬さを帯電ローラの表面硬さとした。
ｄＦ／ｄｔ＝１０００ｍＮ／２４０ｓ、
Ｆ ：力、
ｔ ：時間。
なお、圧子としては四角錘型ダイヤモンドを用い、金属製のブロックを置いて帯電ローラが転がらないように固定し、帯電ローラの表面に対して垂直に測定端子を押し当てた。
その結果、５．７ Ｎ／ｍｍ^２であった。

（帯電ローラの表面自由エネルギー（γ^{Ｔｏｔａｌ}）の算出）
帯電ローラの表面自由エネルギーを算出するために、まず、下記表５に示す表面自由エネルギーの３成分が既知の３種のプローブ液体に対する接触角を、接触角計（商品名：ＣＡ−Ｘ ＲＯＬＬ型、協和界面株式会社製）を用いて測定した。接触角θの測定条件は以下のとおりである。
測定：液滴法（真円フィッティング）。
液量：１μｌ。
着滴認識：自動。
画像処理：アルゴリズム−無反射。
イメージモード：フレーム。
スレッシュホールドレベル：自動。

上記表５において、γＬ^ｄ、γＬ^ｐ及びγＬ^ｈは各々、分散力項、極性項および水素結合項を表す。
上記表５のプローブ液体３種の表面自由エネルギーの各々（γＬ^ｄ、γＬ^ｐ、γＬ^ｈ）と、測定によって得た各プローブ液体に対する接触角θを、北崎・畑の理論式として知られる下記計算式（１）に代入し、各プローブ液体についての３つの方程式を作成し、それら３元連立方程式を解くことによって、γＳ^ｄ、γＳ^ｐ、γＳ^ｈを算出した。そして、γＳ^ｄ、γＳ^ｐ及びγＳ^ｈの和を表面自由エネルギー（γ^{Ｔｏｔａｌ}）とした。

その結果、帯電ローラ１の表面自由エネルギーは３３ｍＪ／ｍｍ^２となった。

（画像評価）
作製した帯電ローラを電子写真プロセスカートリッジに組み込み、このプロセスカートリッジをＡ４サイズの紙を縦出力用の電子写真装置（商品名：ＬＢＰ５０５０、キヤノン（株）社製）に組込み画像評価を行った。

画像評価は、温度１５℃／湿度１０％ＲＨ環境下で行った。具体的には、Ａ４サイズの紙上に、サイズが４ポイントのアルファベット「Ｅ」の文字が、１％の印字濃度となるような電子写真画像を３０００枚形成した。引き続いてハーフトーン画像（電子写真感光体の回転方向と垂直方向に幅１ドットの線を間隔２ドットで描く画像）を形成した。
このハーフトーン画像を目視で観察し、帯電ローラに付着したトナー等起因するスジ状の欠陥の有無とその程度（以降、「画像評価（１）」と略）および帯電ローラの磨耗に起因するスジ状の欠陥の有無とその程度（以降「画像評価（２）」と略）について以下の基準に基づいてそれぞれ評価した。

評価基準は以下のとおりである。
Ａ：画像欠陥が認められない。
Ｂ：画像欠陥が極くわずかに発生した。
Ｃ：画像欠陥がわずかに発生した。
Ｄ：画像欠陥が発生した。
画像評価において、Ｃランク以上を実用レベルとした。

（欠陥率）
実施例１の方法により１００本の帯電ローラを作製した。これらの帯電ローラの各々について、Ａ４サイズの紙上に、サイズが４ポイントのアルファベット「Ｅ」の文字が、１％の印字濃度となるような電子写真画像を形成した。そして、画像に欠陥を生じさせた帯電ローラの本数を数え、この本数を帯電ローラの欠陥率とした。この値が小さい程、生産安定性が優れていることとなる。
なお、電子写真画像に生じた欠陥が、帯電ローラに起因するものであるか否かの判定は以下の方法によって行った。すなわち、電子写真画像の欠陥発生部位に対応する帯電ローラの部分の表面をビデオマイクロスコープ（キーエンス社製、倍率５００倍）で観察し、観察部分に何らかの異常、例えば光沢ムラ等が認められた場合に、当該画像の欠陥が、帯電ローラに起因するものと判定した。

＜実施例２＞
化合物Ａを化合物Ｂに変えた以外は、実施例１と同様の方法で帯電ローラ２を作製した。得られた帯電ローラ２について、実施例１と同様にして各種物性を測定した。また、帯電ローラ２を用いた以外は実施例１と同様にして画像評価を行った。更に、生産安定性についても実施例１と同様にして評価した。

＜実施例３＞
化合物Ａの配合質量部数を１１質量部にした以外は、実施例１と同様の方法で帯電ローラ３を作製した。得られた帯電ローラ３について、実施例１と同様にして各種物性を測定した。また、帯電ローラ３を用いた以外は実施例１と同様にして画像評価を行った。更に、生産安定性についても実施例１と同様にして評価した。

＜実施例４＞
化合物Ａの配合質量部数を１０質量部にした以外は、実施例１と同様の方法で帯電ローラ４を作製した。得られた帯電ローラ４について、実施例１と同様の方法で各種物性を測定した。また、帯電ローラ４を用いた以外は実施例１と同様にして画像評価を行った。また、生産安定性についても実施例１と同様に評価した。

＜実施例５＞
化合物Ａの配合質量部数を１．０質量部にした以外は、実施例１と同様の方法で帯電ローラ５を作製した。得られた帯電ローラ５について、実施例１と同様にして各種物性を測定した。また、帯電ローラ５を用いた以外は実施例１と同様にして画像評価を行った。更に、生産安定性についても実施例１と同様にして評価した。

＜実施例６＞
化合物Ａの配合質量部数を０．５質量部にした以外は、実施例１と同様の方法で帯電ローラ６を作製した。得られた帯電ローラ６について、実施例１と同様にして各種物性を測定した。また、帯電ローラ６を用いた以外は実施例１と同様にして画像評価を行った。更に、生産安定性についても実施例１と同様にして評価した。

＜実施例７＞
化合物Ａを化合物Ｃに変えた以外は、実施例１と同様の方法で帯電ローラ７を作製した。得られた帯電ローラ７について、実施例１と同様にして各種物性を測定した。また、帯電ローラ７を用いた以外は実施例１と同様にして画像評価を行った。更に、生産安定性についても実施例１と同様にして評価した。

＜実施例８＞
化合物Ａを化合物Ｄに変えた以外は、実施例１と同様の方法で帯電ローラ８を作製した。得られた帯電ローラ８について、実施例１と同様にして各種物性を測定した。また、帯電ローラ８を用いた以外は実施例１と同様にして画像評価を行った。更に、生産安定性についても実施例１と同様にして評価した。

＜実施例９＞
バインダーポリマーを、ＳＢＲ（商品名：ＪＳＲ １５０７、ＪＳＲ社製）１００質量部に変更した以外は、実施例１と同様の方法で帯電ローラ９を作製した。得られた帯電ローラ９について、実施例１と同様にして各種物性を測定した。また、帯電ローラ９を用いた以外は実施例１と同様にして画像評価を行った。更に、生産安定性についても実施例１と同様にして評価した。

＜実施例１０＞
化合物Ａの量を３質量部に変え、化合物Ｂを２質量部加えた以外は、実施例１と同様にして帯電ローラ１０を作製した。得られた帯電ローラ１０について、実施例１と同様にして各種物性を測定した。また、帯電ローラ１０を用いた以外は実施例１と同様にして画像評価を行った。更に、生産安定性についても実施例１と同様にして評価した。

＜比較例１＞
化合物Ａを、パーフロロオクチルエチルアクリレート（商品名：ライトアクリレートＦＡ−１０８、共栄化学株式会社製）に変えた以外は、実施例１と同様の方法で帯電ローラ１２を作製した。得られた帯電ローラ１２について、実施例１と同様にして各種物性を測定した。また、帯電ローラ１２を用いた以外は実施例１と同様にして画像評価を行った。更に、生産安定性についても実施例１と同様にして評価した。

＜比較例２＞
化合物Ａを、（パーフルオロシクロヘキシル）メチルアクリレートに変えた以外は、実施例１と同様の方法で帯電ローラ１３を作製した。得られた帯電ローラ１３について、実施例１と同様にして各種物性を測定した。また、帯電ローラ１３を用いた以外は実施例１と同様にして画像評価を行った。更に、生産安定性を実施例１と同様にして評価した。

上記実施例１〜１０および比較例１〜２に係る帯電ローラの物性評価、画像評価および生産安定性の評価の結果を下記表１１に示す。比較例１は、ブリード材料に、フッ素置換脂環基を有していないアクリル酸エステルの硬化物を用いた点が実施例１と異なり、磨耗スジの画像ランクが低下した。また、パーフロロオクチルエチルアクリレートは、化学式（１）で表される化合物より混合物の層中から表面へのブリードが激しいため、実施例１と比べて、不良発生個数が多くなった。

また比較例２は、ブリード材料に、アクリル基の数が１個のフッ素脂環基含有アクリル酸エステル（化学式（１）で表される化合物に該当しない）の硬化物を用いた点が実施例１と異なり、磨耗スジの画像ランクが低下した。また、（パーフルオロシクロヘキシル）メチルアクリレートは、化学式（１）で表される化合物より混合物の層中から表面へのブリードが激しいため、実施例１と比べて、不良発生個数が多くなった。

＜実施例１１＞
本実施例に係る帯電ローラは、導電性弾性層の表面にフッ素置換飽和脂環基含有（メタ）アクリル酸エステルを含む塗工膜を形成し、該塗工膜に電子線を照射することによって表面領域を形成した。以下に、本実施例の帯電ローラの製造方法を説明する。

（弾性層形成用未加硫ゴム材料の調製）
表６に示す材料を、６リットル加圧ニーダー：「ＴＤ６−１５ＭＤＸ」（商品名、トーシン社製）にて、混合した。

混合条件を充填率７０ｖｏｌ％、ブレード回転数３５ｒｐｍとし、１６分混合して弾性層形成用Ａ練りゴム組成物を得た。このＡ練りゴム組成物と、表７に示す材料とを、ロール径１２インチのオープンロールにて、前ロール回転数１０ｒｐｍ、後ロール回転数８ｒｐｍ、ロール間隙２ｍｍで混合し、弾性層形成用未加硫ゴム材料を得た。

（弾性層の成形）
上記弾性層形成用未加硫ゴム材料を用いて、実施例１と同様にして弾性層を有するゴムローラを得た。

（表面層形成用塗布液の調製）
表８に示す表面層形成用材料をビーカー中に入れ攪拌棒で混合し、塗布液を得た。

上記の塗布液を密閉容器に入れ、密閉容器を液供給手段であるシリンジポンプにつなぎ、更にリングヘッドに具備された１箇所の液供給口につなぎ、リングヘッド内に適量の塗布液を供給した。

塗布液は、リングヘッド内で合流し周方向に分配するための液分配室を有するリングヘッド内に充填された。得られた弾性層を有するゴムローラを垂直状態に支持し、このゴムローラの外径に対して０．５ｍｍの間隔をなす距離に全周に開口されたスリット状の吐出口がくるようにリングヘッドを配置した。この時、リングヘッドの全周に開口されたスリット状の吐出口の開口幅（スリット幅）は０．１ｍｍで使用した。リングヘッドをゴムローラの上端部から下端部へ、５０ｍｍ／ｓの一定の速度で垂直移動すると同時に上記最表面層用塗布液の適量（０．０７ｍＬ）を０．０１３ｍＬ／ｓの吐出速度で全周均一に塗布した。その後、溶媒として加えたメチルエチルケトンを室温大気中にて乾燥させ、当該塗布液の塗工膜を形成した。

次いで、当該塗工膜に対して、実施例１と同様にして電子線を照射し、該塗工膜を硬化させて帯電ローラ１１を得た。

帯電ローラ１１について、実施例１と同様にして各種物性を測定した。また、帯電ローラ１１を用いた以外は実施例１と同様にして画像評価を行った。更に、生産安定性についても実施例１と同様にして評価した。

＜比較例３＞
塗布液の配合を表９に示す配合に変更した以外は、実施例１１と同様の方法で帯電ローラ１４を作製した。得られた帯電ローラ１４について、実施例１と同様にして各種物性を測定した。また、帯電ローラ１４を用いた以外は実施例１と同様にして画像評価を行った。更に、生産安定性についても実施例１と同様にして評価した。

比較例１と比べた場合、ブリード法ではなく、塗布工程により、別途表面層を形成したため、不良発生個数が増えた。

＜比較例４＞
塗布液の配合を表１０に示す配合に変更した以外は、実施例１１と同様の方法で帯電ローラ１５を作製した。得られた帯電ローラ１５について、実施例１と同様にして各種物性を測定した。また、帯電ローラ１５を用いた以外は実施例１と同様にして画像評価を行った。更に、生産安定性についても実施例１と同様にして評価した。

比較例２と比べた場合、ブリード法ではなく、塗布工程により、別途表面層を形成したため、不良発生個数が増えた。

表面領域の形成に、ブリードを用いた実施例１乃至１０および比較例１乃至２の結果を表１１にしめす。また、表面領域の形成に塗布工程を用いた実施例１１および比較例３乃至４の結果を表１２に示す。

１ 帯電ローラ（帯電部材）
１１ 導電性支持体
１２ 弾性層
１３ 表面層

Claims (3)

1. 導電性の支持体と導電性の弾性層とを具備し、かつ、下記化学式（１）で表される化合物の硬化物を含有している表面領域を有していることを特徴とする帯電部材：
   

   

   （化学式（１）中、ｎは０以上６以下の整数を表し、ｍは０以上６以下の整数を表し、ｎとｍとの合計は２以上６以下であり、ｘおよびｙは各々独立に０以上４以下の整数を表し、Ｒ_１およびＲ_２は各々独立に水素原子またはメチル基を表す）。
2. 前記化合物が、下記化学式（２）、（３）または（４）で表される化合物である請求項１に記載の帯電部材：
   

   

   （Ｒ_３およびＲ_４は各々独立に水素原子またはメチル基を表す）、
   

   

   （Ｒ_５およびＲ_６は各々独立に水素原子またはメチル基を表す）、
   

   

   （Ｒ_７およびＲ_８は各々独立に水素原子またはメチル基を表す）。
3. （１）下記化学式（１）で表される化合物とバインダーポリマーとを含む混合物を得る工程と、
   （２）導電性支持体上に該混合物の層を形成する工程と、
   （３）該混合物の層中の化学式（１）で表される化合物をブリードさせ、該混合物の層の表面に下記化学式（１）で表される化合物を偏在させる工程と、
   （４）該混合物の層の表面に偏在させた下記化学式（１）で表される化合物を硬化させて、表面層を形成する工程と、
   を有することを特徴とする帯電部材の製造方法：
   

   

   （化学式（１）中、ｎは０以上６以下の整数を表し、ｍは０以上６以下の整数を表し、ｎとｍとの合計は２以上６以下であり、ｘおよびｙは各々独立に０以上４以下の整数を表し、Ｒ_１およびＲ_２は各々独立に水素原子またはメチル基を表す）。

Images