JP4922801B2 - 電子写真機器用現像ロールおよび電子写真機器用現像ロールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真機器用現像ロールおよび電子写真機器用現像ロールの製造方法に関するものである。

近年、電子写真方式を採用する複写機、プリンター、ファクシミリなどの電子写真機器が広く使用されるようになってきている。通常、電子写真機器の内部には、感光ドラムが組み込まれており、その周囲には、現像ロール、帯電ロール、転写ロール、トナー供給ロールなどの導電性ロールが配設されている。

この種の電子写真機器では、例えば、感光ドラム表面にトナー像を形成する方法としては、接触現像方式が採用されている。すなわち、この現像方式では、現像ロールのロール表面に押し当てたブレードによりトナー層が形成される。そして、このトナー層を有するロール表面を感光ドラム表面に直接接触させることにより、感光ドラム表面にトナー像が形成される。

また、例えば、帯電ロールのロール表面を感光ドラム表面に直接接触させることにより、感光ドラム表面を帯電させる接触帯電方式が採用されている。

そのため、例えば、導電性ロールを現像ロールとして用いる場合には、優れたトナー搬送性などが要求される。また、導電性ロールを帯電ロールとして用いる場合には、優れた帯電性などが要求される。

これらの要求特性を満足させるため、従来、現像ロールや帯電ロールなどの導電性ロールでは、ロール表面を粗面化することが行なわれてきた。

例えば、特許文献１は、現像ロールに関する文献であるが、同文献には、ロール最外層中に、ウレタン粒子などの粗さ形成用粒子を含有させることにより、ロール表面を粗面化した現像ロールが開示されている。

特開２００６−１３３２５７号公報

最近、電子写真機器には、高画質化や長寿命化が求められるようになってきている。そのため、これに組み込まれるトナーや導電性ロールなどの部材にも、これに対応することが求められている。

例えば、高画質化を図るために、トナーは小径化（真球化）されつつある。この場合、現像ロール表面にトナー層を形成する際に、現像ロールとトナー層形成用ブレードとの間の摩擦力が低下し、摩擦帯電の効率が落ちる。

一方、これを防止するために、現像ロールとトナー層形成用ブレードとの間の接圧を高くすると、摩擦熱が大きくなり、今度は、ロール表面にトナー固着（融着）が発生しやすくなってしまう。さらに、高画質高速プリントするために、トナーを低温定着させる技術が用いられるようになってきており、トナーの低融点化が図られている。そのため、さらに、トナー固着が発生しやすくなっている。

このように、トナー性能の向上に伴い、ロール表面にトナー固着が発生しやすくなっている。そして、トナー固着が発生すると、濃度むらなどの画像不具合が生じやすくなっている。

また、上述するように、トナーが小径化されると、現像ロールとトナー層形成用ブレードとの間の接圧が高くなる。そのため、ロール表面が摩耗しやすくなり、ロールの寿命が低下する。また、ロール表面が摩耗すると、表面凹凸が少なくなるので、接触面積が大きくなる。その結果、余計にトナーが固着しやすくなり、さらに、ロールの寿命が低下する。

そのため、導電性ロールには、ロール表面へのトナー固着やロール表面の摩耗を低減させるための工夫が求められている。そして、これには、粗さの均一性に加えて、表面の凹凸形状が重要視されつつある。

しかしながら、従来広く知られるロールの表面粗さの指標Ｒａだけでは、実際のロール表面の凹凸形状が十分には反映されず、Ｒａだけでロール表面を評価することには限界があった。そのため、ロールの表面粗さに関するあらたな指標が望まれていた。

なお、帯電ロールなど、現像ロール以外の他の導電性ロールについても、ロールの表面凹凸が重要であり、同様の問題が生じうる。

本発明が解決しようとする課題は、トナー固着の発生および画像不具合を抑え、高画質で長寿命化を図ることが可能な電子写真機器用現像ロールおよびその製造方法を提供することにある。

本発明者らが鋭意研究した結果、トナー固着の発生を抑えて高画質化や長寿命化を図るためには、ロール表面の均一性に加えて、配合する粗さ形成用粒子の存在密度や隆起高さなどの因子が重要であることが分かった。

そこで、上記課題を解決するために本発明に係る電子写真機器用現像ロールは、軸体の外周に、弾性層と、粗さ形成用粒子を含む中間層と、表層とが順に積層され、以下の式（１）〜式（４）を満たし、前記粗さ形成用粒子は、粒子同士が積み重ならない状態で、前記中間層に含まれていることを要旨とする。
φ≦２０ ・・・（１）
ｔ１≧３ ・・・（２）
ｔ１＋ｔ２＜１／２×φ ・・・（３）
２≦Ａｐ／φ≦３．５ ・・・（４）
但し、
φ（μｍ） ：粗さ形成用粒子の平均粒径
ｔ１（μｍ）：中間層に粗さ形成用粒子が存在しない部分における表層の厚み
ｔ２（μｍ）：粗さ形成用粒子が存在しない部分における中間層の厚み
Ａｐ（％） ：ロール表面の撮影画像を判別分析法を用いて二値化したときに得られる粗さ形成用粒子部分の面積割合

一方、本発明に係る電子写真機器用現像ロールの製造方法は、上記電子写真機器用現像ロールの製造方法であって、以下の式（１）〜式（４）を満たす現像ロールを検査合格とする工程を有することを要旨とする。
φ≦２０ ・・・（１）
ｔ１≧３ ・・・（２）
ｔ１＋ｔ２＜１／２×φ ・・・（３）
２≦Ａｐ／φ≦３．５ ・・・（４）
但し、
φ（μｍ） ：粗さ形成用粒子の平均粒径
ｔ１（μｍ）：中間層に粗さ形成用粒子が存在しない部分における表層の厚み
ｔ２（μｍ）：粗さ形成用粒子が存在しない部分における中間層の厚み
Ａｐ（％） ：ロール表面の撮影画像を判別分析法を用いて二値化したときに得られる粗さ形成用粒子部分の面積割合

本発明に係る電子写真機器用現像ロールは、軸体の外周に、弾性層と、粗さ形成用粒子を含む中間層と、表層とが順に積層されており、前記粗さ形成用粒子の平均粒径が特定径を有し、前記中間層に前記粗さ形成用粒子が存在しない部分における前記表層の厚みと、前記粗さ形成用粒子が存在しない部分における前記中間層の厚みとが、それぞれ特定厚となるように構成されている。また、前記粗さ形成用粒子は、前記中間層に、特定量含まれている。

そのため、ロール表面は、トナーの大きさに対して適度な大きさの凹凸形状を有するとともに、ブレードや感光ドラムなどの相手材と点接触しやすい表面となる。また、相手材と点接触する部分の厚みが、相手材との接触による削れに対して十分な厚みとなっている。さらに、前記中間層において、粗さ形成用粒子が高分散されている。

これにより、トナーの搬送性が向上して、ロール表面にトナーが固着しにくくなり、画像むらが生じにくくなる。また、ロール表面とブレードなどの相手材との接触面積が大きくなりすぎないので、摩擦による発熱が抑えられ、トナーの固着が低減される。さらに、耐摩耗性が向上して、現像ロールの耐久性が向上する。その結果、高画質化と長寿命化を図ることができる。

この場合、前記粗さ形成用粒子が、粒子同士が積み重ならない状態で、前記中間層に含まれていると、粗さ形成用粒子が前記中間層に一層高分散されるので、上記効果に一層優れる。

一方、本発明に係る電子写真機器用現像ロールの製造方法は、前記粗さ形成用粒子の平均粒径および含有量と、前記中間層に前記粗さ形成用粒子が存在しない部分における前記表層の厚みと、前記粗さ形成用粒子が存在しない部分における前記中間層の厚みとが、それぞれ特定範囲内にある現像ロールを検査合格とする工程を有している。

そのため、高画質で長寿命の現像ロールを製造することができる。また、前記粗さ形成用粒子の含有量を検査したときに、その含有量の減少も定量的に把握できる。これにより、量産時において、中間層を形成する組成物中の粒子量の経時的な減少が把握でき、組成物中の粒子量を調整するなどすれば、安定した品質の現像ロールを製造することができる。

次に、本発明の実施形態に係る電子写真機器用現像ロール（以下、「本ロール」ということがある。）について、図を参照しつつ、詳細に説明する。

本ロールは、軸体を形成する導電性シャフト（金属製の中実体よりなる芯金、内部を中空にくり抜いた金属製の円筒体、またはこれらにめっきが施されたものなど）の外周に、弾性層と、粗さ形成用粒子を含む中間層と、表層とが順に積層されたものよりなる。

弾性層は、導電性シャフトの外周に形成されていれば良く、導電性シャフトと弾性層との間には、他の被覆層が１層以上形成されていても良い。

弾性層や、必要に応じて形成される他の被覆層の厚みは、本ロールの用途、本ロールを組み込む電子写真機器内部の設置スペース、電子写真機器の種類などを考慮して、適宜選択することができる。好ましくは、弾性層の厚みは、０．１〜１０ｍｍの範囲内から選択することができる。より好ましくは、１〜５ｍｍの範囲内から選択することができる。

弾性層を形成するポリマーとしては、例えば、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）、水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、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）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ウレタンゴム、フッ素ゴム、ヒドリンゴム（ＥＣＯ、ＣＯ）、ウレタン系エラストマー、天然ゴム（ＮＲ）などを例示することができる。これらは１種または２種以上混合されていても良い。

上記ポリマーとしては、低へたり性、導電性、柔軟性などの観点から、シリコーンゴム、ブタジエンゴム、ヒドリンゴム、ウレタン系エラストマーなどが好ましい。

上記ポリマーには、導電剤（カーボンブラックなどの電子導電剤や第４級アンモニウム塩などのイオン導電剤）を含有させると良い。また、導電剤以外にも、必要に応じて、充填剤、増量剤、補強剤、加工助剤、硬化剤、加硫促進剤、架橋剤、架橋助剤、酸化防止剤、可塑剤、紫外線吸収剤、顔料、シリコーンオイル、滑剤、助剤、界面活性剤などの各種添加剤を１種または２種以上適宜添加しても良い。

上記弾性層上には、ロール表面の粗さを形成するための粗さ形成用粒子を含む中間層と、表層とが、順に積層されている。

ここで、上記中間層と表層は、表面構造を特徴づけるφ、ｔ１、ｔ１＋ｔ２、Ａｐ／φの値が、特定の条件を満たしている。

図１は、一実施形態に係る現像ロールを表す一部模式図である。現像ロール１０は、弾性層１２、中間層１４、表層１６の順に積層されており、中間層１４中に、粗さ形成用粒子１８を含んでいる。

図１に示すように、φは、粗さ形成用粒子１８の平均粒径を表している。ｔ１は、中間層１４に粗さ形成用粒子１８が存在しない部分における表層１６の厚みを表している。ｔ２は、粗さ形成用粒子１８が存在しない部分における中間層１４の厚みを表している。よって、ｔ１＋ｔ２は、中間層１４に粗さ形成用粒子１８が存在しない部分における表層１６と中間層１４の厚みの和である。

粗さ形成用粒子の平均粒径φは、２０μｍ以下であると良い。平均粒径φが２０μｍを超えると、トナーに対して粗さ形成用粒子が大きくなり過ぎる。例えば、現像ロールの場合には、適度なトナー搬送量を確保しにくくなる。そのため、トナー搬送性が悪くなり、画像むらが生じやすくなるからである。

好ましくは、上記平均粒径φが６〜２０μｍの範囲内にあると良い。平均粒径φが６μｍ以上であれば、後述する厚みｔ１、ｔ２との関係において、小さくなり過ぎないので、ロール表面に適度な凹凸が形成されるからである。より好ましくは、上記平均粒径φが９〜１６μｍの範囲内にあると良い。トナー搬送量やトナー帯電量を適度な量にすることができるからである。粗さ形成用粒子の平均粒径は、例えば、粒度測定器マイクロトラックＵＰＡ−ＳＴ１５０（日機装（株）製）などにより測定することができる。

粗さ形成用粒子は、粒度分布が小さいものが好ましい。例えば、分級するなどして、できるだけ粒度分布が小さいものを選択すると良い。

上記表層において、厚みｔ１は、３μｍ以上であると良い。中間層に粗さ形成用粒子が存在する部分がロール表面の凸部となり、この部分における表層は、相手材（例えば、本ロールを現像ロールに用いる場合には、感光ドラムやブレードなどであり、帯電ロールに用いる場合には、感光ドラムなどである。）と接触する部分なので摩耗しやすくなっている。厚みｔ１を３μｍ以上確保することにより、耐摩耗性を向上させることができるからである。

好ましくは、厚みｔ１は３〜１５μｍの範囲内にあると良い。１５μｍを超えると、表層の電気抵抗が上昇しやすいからである。より好ましくは、厚みｔ１は、５〜１２μｍの範囲内にあると良い。耐摩耗性を確保することと、低電気抵抗にすることとのバランスが良くなるからである。

上記表層および上記中間層において、厚みｔ１＋ｔ２は、１／２×φμｍ未満であると良い。厚みｔ１＋ｔ２は、中間層に粗さ形成用粒子が存在しない部分における表層と中間層の厚みの和であり、この部分はロール表面の凹部となる。

厚みｔ１＋ｔ２が１／２×φμｍ未満であれば、上記粗さ形成用粒子の平均粒径φとの関係において、平均粒径φよりも厚くなり過ぎないので、ロール表面に適度な凹凸が形成されるからである。これにより、上記相手材に対して、ロール表面がロール表面全体で面接触するのではなく、凸部で点接触しやすくなる。その結果、相手材との接触による摩擦熱の発生が抑えられて、トナーの固着を低減することができる。

図２に、上記条件を満たす範囲を示す。縦軸は表層と中間層の厚みｔ１＋ｔ２（μｍ）であり、横軸は粗さ形成用粒子の平均粒径φ（μｍ）である。上記条件を満たす範囲は、図示するように、ｔ１＝３の直線と、φ＝２０の直線と、ｔ１＋ｔ２＝１／２×φの直線とで囲まれた範囲となる。φ、ｔ１、および、ｔ１＋ｔ２の各値がこの範囲内にあることによって、本ロールは、画像むらやトナー固着の発生が抑えられ、高画質で耐摩耗性に優れる。

また、上記Ａｐは、ロール表面全体に対する粗さ形成用粒子部分の面積割合を表すものである。具体的には、ロール表面の撮影画像を判別分析法を用いて二値化したときに得られる粗さ形成用粒子部分の面積割合である。撮影画像は、ロール表面の０．４×０．４ｍｍ以上のエリアを、少なくとも１０００×１０００ｄｐｉ以上の解像度にて撮影したものを用いる。このとき、画像上で、１ドットの大きさが、使用する粒子の平均径の１／１５以下になるように設定する。

上記Ａｐを算出するには、具体的には、ロール表面をレンズで拡大し、０．５×０．４ｍｍの領域を１２８０×１０２４ｄｐｉの解像度で取り込み、これを評価対象とする。次いで、画像を二値化しやすいように、得られた画像をモノクロ変換し、画像上の照度むらを平滑化するために、平滑フィルタでノイズ除去してから、判別分析法を用いて二値化する。

次いで、粒子部の面積を計算するため、また、ノイズ除去しやすくするために、二値化した画像を白黒反転処理し、粒子部である白色部分の内部に発生しているノイズを穴埋め除去した後、白色部分の面積を計測する。面積の計測は、一般的に用いられる画像処理ソフトを用いて行なうことができる。

このような一連の画像処理には、一般的な顕微鏡を用いることができるが、特に、Ｎａｋａｄｅｎ製のマイクロスコープＭｘ−１２００Ｅなどを用いることが好ましい。一般的な顕微鏡では、例えば、ロール表面の粒子の存在しない部分に焦点を合わせる作業を行なうが、マイクロスコープＭｘ−１２００Ｅでは、三次元深度合成画像を簡便に撮影できるので、凹凸のある本ロール表面を、よりクリアに観察することができる。二値化処理は、例えば、ナノシステム株式会社製ＮａｎｏＨｕｎｔｅｒ ＮＳ２Ｋ−Ｐｒｏ／Ｌｔなどを用いて行なうことができる。

Ａｐ／φは、上記Ａｐを粗さ形成用粒子の平均粒径φで割った値である。Ａｐ／φは、主に、中間層への粗さ形成用粒子の添加量の影響を受ける。例えば、中間層への粗さ形成用粒子の添加量を多くすれば、Ａｐ／φは大きくなる。

Ａｐ／φは、２〜３．５（％／μｍ）の範囲内にあると良い。この範囲内にあれば、中間層中の粗さ形成用粒子は分散性に優れ、ロールの表面凹凸が均一に形成されるからである。また、中間層中の粒子同士の積み重なりが生じにくくなるからである。より好ましくは、２．４〜３．２（％／μｍ）の範囲内である。粗さ形成用粒子の分散性に一層優れ、中間層中の粒子同士の積み重なりが一層生じにくくなるからである。

本ロールは、粒子同士の積み重なりが少ない状態、さらには、粒子同士が積み重ならない状態にあることが好ましい。

ここで、粒子同士が積み重ならない状態とは、中間層中で、粗さ形成用粒子がほぼ同一面上に配列している状態、中間層に添加されたほぼすべての粗さ形成用粒子が中間層の下に位置する弾性層に接している状態をいう。すなわち、実質的にほとんどの粗さ形成用粒子が弾性層上の同一面に配列しており、このような粒子が優勢である状態をいう。

粒子同士が積み重ならない状態にあるかどうかは、例えば、ロールの任意の位置の断面をＳＥＭ（電子顕微鏡）などで観察などすれば、容易に知ることができる。

上記中間層や上記表層を形成するポリマーとしては、例えば、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、ポリアミド系樹脂、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、メラミン樹脂などの樹脂、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、エピクロルヒドリンゴムなどのゴム、これら樹脂やゴムをシリコーン、フッ素などで変性した変性物などを例示することができる。これらは１種または２種以上混合されていても良い。中間層を形成するポリマーと、表層を形成するポリマーとは、同じであっても良いし、異なっていても良い。

上記中間層や上記表層を形成するポリマー中には、導電剤（カーボンブラックなどの電子系導電剤、第４級アンモニウム塩などのイオン系導電剤）、離型剤、硬化剤などの添加剤が１種または２種以上含有されていても良い。

上記粗さ形成粒子としては、例えば、アクリル粒子、シリカ粒子、ウレタン粒子、架橋ポリメタクリル酸メチル粒子、尿素樹脂粒子などを例示することができる。これらは１種または２種以上混合されていても良い。

このように、本ロールでは、φ、ｔ１、ｔ１＋ｔ２、Ａｐ／φの値を規定している。そのため、粗さ形成用粒子の存在密度や隆起高さなどの因子も考慮して、表面粗さを評価している。すなわち、このような新たな指標は、ロール表面の凹凸形状が十分に反映されている。

例えば、従来広く知られるロールの表面粗さの指標Ｒａだけでは、実際のロール表面の凹凸形状が十分には反映されていない。そのため、図７に示すような、粗さ形成用粒子同士が積み重なっている状態のロール表面と、図１に示すような、粗さ形成用粒子同士が積み重なっていない状態のロール表面のそれぞれの表面粗さを評価する場合、両者が同じＲａとなることもあり、両者の違いが判別できないことがあった。なお、図７に示す構造は接触面積が大きいため、画像むらやトナー固着が生じやすい。

これに対し、上記新たな指標によれば、両者において、φ、ｔ１、ｔ１＋ｔ２、Ａｐ／φの値が異なるため、両者の違いを十分に判別することができる。これにより、画像むらやトナー固着が発生しにくいロール表面を形成することが可能となり、高画質化および長寿命化を図ることが可能となる。

上記する本ロールは、例えば、電子写真機器の現像ロールとして好適に用いることができる。特に、ロール表面に他の部材が圧接されて使用される機会の多い現像ロールとして好適に用いることができる。

次に、本ロールの製造方法について説明する。

本ロールの製造方法は、上記φ、ｔ１、ｔ１＋ｔ２、Ａｐ／φが特定範囲内にある現像ロールを検査合格とする工程を有している。

本ロールの製造方法において、現像ロールの形成方法としては、例えば、導電性シャフトの外周に、弾性層、中間層、表層を順に積層形成する方法などを例示することができる。

導電性シャフトの外周に弾性層を形成するには、例えば、接着剤、プライマーなどを任意に塗布した導電性シャフトの表面に弾性層を形成する組成物を押出成形する、あるいは、導電性シャフトをロール成形用金型の中空部に同軸的に設置し、弾性層組成物を注入して、加熱・硬化させた後、脱型するなどすれば良い。

なお、弾性層の下に他の被覆層を形成する場合には、導電性シャフトの表面に、他の被覆層を形成する組成物について、上記方法に準じた操作を行なうか、コーティングするなどすれば良い。この場合には、他の被覆層の上に弾性層を形成すれば良い。

弾性層の上に中間層を形成するには、例えば、弾性層の表面に、中間層を形成する組成物をコーティングするなどすれば良い。具体的には、中間層を形成するポリマーになりうるモノマーおよび／またはオリゴマーなどの有機成分と粗さ形成用粒子とを少なくとも含む組成物を、弾性層の表面にコーティングして塗工層を形成する。そして、この塗工層を熱により硬化させることにより、ポリマー中に粗さ形成用粒子が分散した中間層を形成することができる。

中間層の上に表層を形成するには、上記中間層を形成する方法と同様に、表層を形成するポリマーになりうるモノマーおよび／またはオリゴマーなどの有機成分を少なくとも含む組成物を、上記中間層の表面にコーティングして塗工層を形成し、硬化させるなどすれば良い。

上記中間層および表層を形成する組成物のコーティング方法としては、ロールコーティング法、ディッピング法、スプレーコーティング法などを適用することができる。

本ロールの製造方法では、上記現像ロールの形成過程または形成後において、上記φ、ｔ１、ｔ１＋ｔ２、Ａｐ／φが特定範囲内にあるか検査すると良い。

平均粒径φが特定範囲内にあるかどうかは、中間層を塗工する前の、中間層を形成する組成物を調製する際に検査すれば良い。例えば、あらかじめふるいにより粒径選別された特定範囲内にある粒子を用いても良いし、粗さ形成用粒子をふるいにかけ、平均粒径φが特定範囲内にある粒子のみを選別して用いても良い。

Ａｐ／φが特定範囲内にあるかどうかは、少なくとも中間層を形成した後に検査することができる。もちろん、表層まで形成した後に検査することもできる。例えば、中間層形成後のロール表面について、上述する方法でＡｐを測定し、Ａｐ／φが特定範囲内にあるかどうかを検査すると良い。

厚みｔ１および厚みｔ１＋ｔ２が特定範囲内にあるかどうかは、表層を形成した後に検査することができる。層の厚みは、例えば、ロール任意の位置の断面を顕微鏡で観察して測定することができる。

本ロールの製造方法では、上記φ、ｔ１、ｔ１＋ｔ２、Ａｐ／φが特定範囲内にある現像ロールを検査合格とする。これにより、本ロールを得ることができる。

また、本ロールの製造工程において、Ａｐ／φを測定すると、以下の知見を得ることができる。

Ａｐは、ロール表面における粗さ形成用粒子部分の面積割合なので、中間層中において粒子同士の重なりが少ない状態となる適度な添加量の範囲内であれば、Ａｐ／φは、粒子の添加量に比例して大きくなる。その比例係数をｋとすると、図３のグラフとなる。

中間層を形成する塗工液中への粒子の添加量と、形成された中間層中の粒子の量とが一致している場合には、中間層が形成された後に測定されたＡｐ／φの値は、図３のグラフＡｐ／φ＝ｋｘ上に位置する。しかしながら、例えば、量産時においては、中間層を形成する塗工液は循環使用されることが多い。そのため、循環途中に、異物を除去するためのフィルタなどにより粒子が捕捉されることがある。これにより、循環される塗工液中の粒子量が変動（特に、減少）することがある。

例えば、循環使用により塗工液中の粒子量が減少してくると、Ａｐ／φの値が低下する。図３で示して説明すると、例えば、グラフ上のＡ点から、Ｂ点まで低下する。その結果、塗工液中の粒子量は、Ｂ点と同じＡｐ／φであるＣ点の粒子添加量と実質的に同じ添加量の濃度まで減少していると把握することができる。

すなわち、Ａｐ／φを測定することで、塗工液中の粒子の変動（特に、減少）を定量的に把握することができる。そして、当初の添加量との差分の粒子を調整（添加）することにより、Ａｐ／φを特定範囲内にすることができる。これにより、安定した品質の現像ロールを製造することができる。

以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。ここでは、導電性シャフトの外周に、ベース層となる導電性弾性層、粗さ形成用粒子を含む中間層、被膜状の表層をこの順に積層した現像ロールを作製した。

まず、平均粒径φと、厚みｔ１、ｔ１＋ｔ２について評価した。このとき、Ａｐ／φを一定の値（Ａｐ／φ＝３）となるようにした。

（実施例１）
＜導電性シャフト＞
外径６ｍｍ、長さ２５０ｍｍの鉄製で、表面にＮｉめっきが施されている中実円柱状の導電性シャフトを準備した。

＜導電性弾性層組成物の調製＞
導電性シリコーンゴム（信越化学工業（株）製、「Ｘ３４−２７０Ａ／Ｂ」）をスタティックミキサにて混合し、導電性弾性層組成物を調製した。

＜中間層組成物の調製＞
架橋系ウレタン樹脂１（三菱化学（株）製、「ＰＴＭＧ１０００」を１００重量部、日本ポリウレタン（株）製、「ミリオネートＭＴ」を５０重量部）と、カーボンブラック（電気化学工業（株）製、「デンカブラックＨＳ−１００」）２０重量部と、粗さ形成用のウレタン粒子（大日本インキ化学工業（株）製、「バーノックＣＦＢ１００」、平均粒径φ＝１５μｍ）３０重量部とを、ボールミルにより混練した後、ＭＥＫ４００重量部を加えて混合、攪拌することにより、中間層組成物を調製した。

＜表層組成物の調製＞
架橋系ウレタン樹脂１（三菱化学（株）製、「ＰＴＭＧ１０００」を１００重量部、日本ポリウレタン（株）製、「ミリオネートＭＴ」を５０重量部）と、カーボンブラック（電気化学工業（株）製、「デンカブラックＨＳ−１００」）２０重量部とを、ボールミルにより混練した後、ＭＥＫ４００重量部を加えて混合、攪拌することにより、表層組成物を調製した。

＜現像ロールの作製＞
その内部に導電性シャフトを同軸にセットした円筒状金型内に、上記導電性弾性層組成物を注入し、１９０℃で３０分間加熱した後、冷却、脱型した。これにより、導電性シャフトの外周に導電性弾性層（厚み３ｍｍ、ロール面長２４０ｍｍ）を１層有するロール体を作製した。

次いで、このロール体の表面に、上記中間層組成物を、ロールコーティング法により塗工した後、乾燥（硬化）させ、中間層（ウレタン粒子が存在しない部分における厚みｔ２＝４μｍ）を１層形成した。

次いで、この中間層の表面に、上記表層組成物を、ロールコーティング法により塗工した後、乾燥（硬化）させ、表層（中間層にウレタン粒子が存在しない部分における厚みｔ１＝３μｍ）を１層形成した。以上のようにして、実施例１に係る現像ロールを作製した。

（実施例２〜３）
上記実施例１の中間層組成物の調製において、表１に示す平均粒径φのウレタン粒子を、表１に示す添加量添加した点、ウレタン粒子が存在しない部分における中間層の厚みｔ２を表１に示す厚みとした点以外は、実施例１と同様にして、実施例２〜３に係る現像ロールを作製した。

（比較例１）
上記実施例１において、表層を形成しなかった点以外、実施例１と同様にして、比較例１に係る現像ロールを作製した。

（比較例２〜３）
上記実施例１において、中間層にウレタン粒子が存在しない部分における表層の厚みｔ１を表１に示す厚みとした点以外、実施例１と同様にして、比較例２〜３に係る現像ロールを作製した。

（比較例４〜６）
上記実施例１の中間層組成物の調製において、表１に示す平均粒径φのウレタン粒子を、表１に示す添加量添加した点、ウレタン粒子が存在しない部分における中間層の厚みｔ２を表１に示す厚みとした点以外は、実施例１と同様にして、比較例４〜６に係る現像ロールを作製した。

＜測定方法＞
（表層および中間層の厚み測定方法）
ロール任意の位置の断面を、顕微鏡（（株）キーエンス製ＶＫ−９５１０）で１０００倍に拡大して観察し、測定した。

（Ａｐ計測方法）
Ｎａｋａｄｅｎ製Ｍｘ−１２００Ｅを用いて、中間層を形成した後の各実施例および各比較例のロール表面をレンズで拡大し、０．５×０．４ｍｍの領域を１２８０×１０２４ｄｐｉの解像度で取り込んだ。次いで、得られた画像をモノクロ変換し、画像上の照度むらを平滑化するために平滑フィルタでノイズ除去した。

その後、ナノシステム株式会社製ＮａｎｏＨｕｎｔｅｒ ＮＳ２Ｋ−Ｐｒｏ／Ｌｔを用いて、判別分析法により二値化処理した。

次いで、二値化した画像を白黒反転処理し、画像中で白色となっている粗さ形成用粒子部分内のノイズを除去（白色部分の内部にある黒色部分を穴埋めした）した後、この白色部分の面積を計測した。白色部分が粒子部分である。

＜各現像ロールの評価＞
実施例および比較例に係る各現像ロールについて、以下の項目について評価した。

（耐トナー固着性）
各現像ロールを、市販のカラーレーザープリンター（キヤノン（株）製、「ＬＢＰ−２５１０」）に組み込み、３２．５℃×８０％ＲＨの環境下で、画像出しを通紙１０００枚（Ａ４サイズ）行ない、その後のローラ外観を確認した。すなわち、耐久評価後に、ロール表面上にトナーがほとんどのらず、または、ロール表面上にトナーがわずかに付着するものの、画像の乱れがなかった場合を「○」とした。一方、ロール表面上にトナーが付着しており、画像にその付着むらが生じた場合を「×」とした。

（耐摩耗性）
各現像ロールを、市販のカラーレーザープリンター（キヤノン（株）製、「ＬＢＰ−２５１０」）に組み込み、３２．５℃×８０％ＲＨの環境下で、画像出しを通紙１０００枚（Ａ４サイズ）行ない、その後のロール外観を顕微鏡（（株）キーエンス製「ＶＫ−９５１０」）で拡大して観察した。粒子トップ部の削れがなく、画像の乱れがなかった場合を合格「○」とし、粒子トップ部が削れており、画像に乱れが発生した場合を不合格「×」とした。

（画像評価）
各現像ロールを、市販のカラーレーザープリンター（キヤノン（株）製、「ＬＢＰ−２５１０」）に組み込み、２０℃×５０％ＲＨの環境下で、ハーフトーン画像出し（１枚）を行ない、このハーフトーン画像での濃度むらがなく、細線のとぎれや色むら、スジ画像がなかったものを「○」とし、濃度むらが生じたものを「×」とした。

（画像濃度）
各現像ロールを、市販のカラーレーザープリンター（キヤノン（株）製、「ＬＢＰ−２５１０」）に組み込み、２０℃×５０％ＲＨの環境下で、べた黒画像出し（１枚）を行ない、このべた黒画像における濃度をマクベス濃度計を用いて測定した。その結果、濃度が１．４以下のものを「×」、１．４を超えるものを「○」とした。

以下、これら評価結果をまとめたものを表１に示す。

表１によれば、比較例に係る現像ロールは、耐トナー固着性、耐摩耗性、画像評価のいずれかの点で、劣っていることが分かる。

具体的には、比較例１では、表層がないため、耐摩耗性に劣っている。比較例２では、表層の厚みｔ１が、特定範囲よりも薄いため、耐摩耗性に劣っている。比較例３では、厚みｔ１＋ｔ２が平均粒径φとの関係で、特定範囲を満たしていないため、表面の凹凸が小さくなり、耐トナー固着性に劣っている（トナー固着が多い）。

また、比較例４および５では、平均粒径φが小さいため、平均粒径φが厚みｔ１＋ｔ２との関係で、特定範囲を満たしていないため、表面の凹凸が小さくなり、耐トナー固着性に劣っている（トナー固着が多い）。比較例６では、平均粒径φが特定範囲よりも大きいため、トナー搬送性が悪くなり、画像むらが生じている。

これらに対し、表１によれば、実施例に係る現像ロールは、いずれも、φ、ｔ１、ｔ１＋ｔ２、Ａｐ／φの値が、特定範囲内にあるため、耐トナー固着性、耐摩耗性、画像評価のすべての点で、優れていることが確認できた。

次いで、Ａｐ／φについて評価した。このとき、平均粒径および厚みが一定の値（実施例１の平均粒径および厚みと同じ値）となる条件とした。

（実施例４〜９）
上記実施例１において、ウレタン粒子の添加量を変えて、表２に示す添加量とし、Ａｐ／φを表２に示す値とした点以外は、実施例１と同様にして、実施例４〜９に係る現像ロールを作製した。また、このときのロール表面の凹凸形状を観察するため、各実施例に係る現像ロールについて、中間層を形成した後のロール表面を撮影し、その撮影画像を画像処理した。処理画像を図４（ａ）〜（ｆ）にそれぞれ示す。白色部分が、粗さ形成用粒子の面積部分である。

（比較例７〜９）
上記実施例１において、ウレタン粒子の添加量を変えて、表２に示す添加量とし、Ａｐ／φを表２に示す値とした点以外は、実施例１と同様にして、比較例７〜９に係る現像ロールを作製した。また、実施例４〜９と同様に、中間層を形成した後のロール表面を撮影し、その撮影画像を画像処理した。処理画像を図５（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示す。白色部分が、粗さ形成用粒子の面積部分である。

以下、これら評価結果をまとめたものを表２および図６のグラフに示す。

表２によれば、比較例に係る現像ロールは、耐トナー固着性、画像濃度のいずれかの点で、劣っていることが分かる。

具体的には、比較例７では、Ａｐ／φが２未満であるため、濃度不足の問題が生じた。このときのロール表面の撮影画像を見ると、図５（ａ）に示すように、ロール表面には凸部が比較的少なく、ロールの表面凹凸が少ないことが分かる。すなわち、比較例７では、中間層への粗さ形成用粒子の添加量が少ないため、ロールの表面凹凸が少なくなり、トナー搬送性が悪くなったと考えられる。

また、比較例８〜９では、Ａｐ／φが３．５を超えるため、トナー固着の問題が生じた。このときのロール表面の撮影画像を見ると、図５（ｂ）および（ｃ）に示すように、ロール表面には凸部が非常に多く、接触面積が大きいことが分かる。また、凸部の重なり部分が多くなっていることが分かる。すなわち、比較例８および９では、中間層への粗さ形成用粒子の添加量が多いため、ロール表面の接触面積が大きくなり、そのために、トナーが固着しやすくなったと考えられる。

これらに対し、実施例に係る現像ロールは、Ａｐ／φが特定範囲内にある。また、このときのロール表面の撮影画像を見ると、図４（ａ）〜（ｆ）に示すように、ロール表面には、適度な量の凸部が形成されており、かつ、凸部同士がほどんど重なり合っていない。そのため、耐トナー固着性、画像濃度のすべての点で優れていることが確認できた。すなわち、図６のグラフに示すように、実施例４〜９に係る現像ロールは、Ａｐ／φが２〜３．５の範囲内にあるため、耐トナー固着性、画像濃度に優れる。

以上より、現像ロールについて、φ、ｔ１、ｔ１＋ｔ２、Ａｐ／φの値が特定範囲内にあることにより、トナー固着の発生および画像不具合を抑え、高画質で寿命の長い現像ロールとすることが確認できた。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

一実施形態に係る現像ロールを表す一部模式図である。 平均粒径φおよび厚みｔ１、ｔ１＋ｔ２に関する本発明の特定範囲を表す図である。 中間層への粗さ形成用粒子の粒子添加量と、Ａｐ／φとの関係を表すグラフである。 実施例４〜９に係る現像ロール表面の撮影画像を画像処理して得られた画像である。 比較例７〜９に係る現像ロール表面の撮影画像を画像処理して得られた画像である。 中間層への粗さ形成用粒子の粒子添加量と、Ａｐ／φとの関係を表すグラフである。 粗さ形成用粒子同士が積み重なっている状態のロール表面を表す模式図である。

符号の説明

１０ 現像ロール
１２ 弾性層
１４ 中間層
１６ 表層
１８ 粗さ形成用粒子

Claims (2)

1. 軸体の外周に、弾性層と、粗さ形成用粒子を含む中間層と、表層とが順に積層され、
   以下の式（１）〜式（４）を満たし、前記粗さ形成用粒子は、粒子同士が積み重ならない状態で、前記中間層に含まれていることを特徴とする電子写真機器用現像ロール。
   φ≦２０ ・・・（１）
   ｔ１≧３ ・・・（２）
   ｔ１＋ｔ２＜１／２×φ ・・・（３）
   ２≦Ａｐ／φ≦３．５ ・・・（４）
   但し、
   φ（μｍ） ：粗さ形成用粒子の平均粒径
   ｔ１（μｍ）：中間層に粗さ形成用粒子が存在しない部分における表層の厚み
   ｔ２（μｍ）：粗さ形成用粒子が存在しない部分における中間層の厚み
   Ａｐ（％） ：ロール表面の撮影画像を判別分析法を用いて二値化したときに得られる粗さ形成用粒子部分の面積割合
2. 請求項１に記載の電子写真機器用現像ロールの製造方法であって、
   以下の式（１）〜式（４）を満たす現像ロールを検査合格とする工程を有することを特徴とする電子写真機器用現像ロールの製造方法。
   φ≦２０ ・・・（１）
   ｔ１≧３ ・・・（２）
   ｔ１＋ｔ２＜１／２×φ ・・・（３）
   ２≦Ａｐ／φ≦３．５ ・・・（４）
   但し、
   φ（μｍ） ：粗さ形成用粒子の平均粒径
   ｔ１（μｍ）：中間層に粗さ形成用粒子が存在しない部分における表層の厚み
   ｔ２（μｍ）：粗さ形成用粒子が存在しない部分における中間層の厚み
   Ａｐ（％） ：ロール表面の撮影画像を判別分析法を用いて二値化したときに得られる粗さ形成用粒子部分の面積割合