JP5204951B2 - 現像ローラ及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、現像ローラ及びそれを備えた画像形成装置に関し、特に感光ドラムを汚染したり、トナーを劣化させることがなく、更には圧縮永久歪及び表面の摩擦抵抗が小さい現像ローラと、該現像ローラを備え、長期に渡って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、表面被覆層を形成したり、更に、該表面被覆層を形成する際に弾性層を保護するために、水系樹脂等からなる中間被覆層を弾性層と表面被覆層との間に配設することがある。

一方、近年、画像形成装置のカラー化、高速化、高画質化、省エネルギー化に伴い、低融点のトナーを使用した画像形成装置が増えつつある。ここで、低融点のトナーを使用する場合、該低融点のトナーが、各部品間で圧縮又は摩擦を繰り返し受けることによりダメージを受けて、トナーが凝集・融着する等して、かぶり等の画像不良が発生し易くなる。即ち、トナーカートリッジの寿命終了時にはトナーが劣化して、帯電性が不均一になるため、画像不良が発生したり、寿命が短くなるという問題がある。そのため、トナーにダメージを与え難い低硬度の現像ローラが求められている。

これに対し、画像形成装置に低硬度の現像ローラを用いた場合、現像ローラ表面に感光ドラム、ブレード、供給ローラ等による圧接痕が発生し易いという問題がある。そのため、昨今、低硬度であることに加え、圧縮永久歪の小さい現像ローラが求められている。しかしながら、低硬度の材料は、圧縮永久歪が大きくなる傾向があるため、従来、硬度及び圧縮永久歪の両方を十分に低くバランスすることが、非常に難しかった（特許文献１〜３参照）。

また、上記表面被覆層を備える現像ローラは、ローラ表面の摩擦抵抗が比較的大きいため、駆動時の滑りが悪かったり、ローラ表面が摩耗し易く耐久性が低いという問題があった。そのため、かかる現像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、現像ローラの表面が削れ、画像不良が発生し易いという問題もあった。

特開平８−１９０２６３号公報 特開２００１−７５３５４号公報 特開２００４−６７７２６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、感光ドラムを汚染したり、トナーを劣化させることがなく、圧縮永久歪が小さく、更には表面の摩擦抵抗が低い現像ローラを提供することにある。また、本発明の他の目的は、かかる現像ローラを備え、かぶり等の画像不良を発生することがなく、良好な画像を長期に渡って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にある。

本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、弾性層及び表面被覆層を備えた現像ローラにおいて、前記弾性層と前記表面被覆層との間に、ポリマー及び水溶媒を含む混合溶液から形成された中間被覆層を備え、ラクトン変性ポリオールをポリイソシアネートで架橋したウレタン樹脂及び／又はアクリルウレタン樹脂であって、その樹脂骨格内にシロキサン結合を有するシリコーンが導入されたウレタン樹脂及び／又はアクリルウレタン樹脂を表面被覆層に用いることで、現像ローラの硬度及び圧縮永久歪を十分に小さくして、トナーを劣化させ難くすることができると共に、現像ローラ表面の摩擦係数を小さくして耐久性を向上させることができ、更に、該現像ローラを画像形成装置に組み込むことで、良好な画像を長期に渡って安定して形成できることを見出し、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表面被覆層とを備えた現像ローラにおいて、
前記弾性層と前記表面被覆層との間に、ポリマー及び水溶媒を含む混合溶液から形成された中間被覆層を備え、
前記表面被覆層がラクトン変性ポリオールをポリイソシアネートで架橋したウレタン樹脂及び／又はアクリルウレタン樹脂を含み、該ウレタン樹脂及び／又はアクリルウレタン樹脂は、シロキサン結合を有するシリコーンが樹脂骨格内に導入されていることを特徴とする。

本発明の現像ローラの好適例においては、前記ウレタン樹脂及び／又はアクリルウレタン樹脂は、シロキサン結合を有し且つ両末端に水酸基又はアミノ基を有するシリコーンがウレタン部に導入されている。

本発明の現像ローラの他の好適例においては、前記アクリルウレタン樹脂は、シロキサン結合を有し且つ片末端にメタクリロキシ基を有するシリコーンがアクリル部に導入されている。

本発明の現像ローラの他の好適例においては、前記樹脂骨格内に導入されたシリコーンの数平均分子量が500〜10000である。

本発明の現像ローラの他の好適例においては、前記弾性層が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からなる。

本発明の現像ローラの他の好適例においては、前記表面被覆層は、弾性率が10³MPa以下である。

本発明の現像ローラの他の好適例においては、前記中間被覆層及び前記表面被覆層の少なくとも一方が更に導電剤を含有する。この場合、中間被覆層及び／又は表面被覆層の導電性を容易に制御することが可能となる。

本発明の現像ローラの他の好適例においては、前記表面被覆層の厚さが30μm以下である。

また、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、弾性層と表面被覆層との間に、ポリマー及び水溶媒を含む混合溶液から形成された中間被覆層を備え、ラクトン変性ポリオールをポリイソシアネートで架橋してなり、樹脂骨格内にシロキサン結合を有するシリコーンが導入されたウレタン樹脂及び／又はアクリルウレタン樹脂を表面被覆層に用いた、感光ドラムを汚染することがなく、トナーを劣化させず、圧縮永久歪が小さく、表面の摩擦抵抗が低い現像ローラを提供することができる。また、該現像ローラを備え、良好な画像を長期に渡って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中間被覆層４と、該中間被覆層４の外周面に形成された表面被覆層５とを備える。図中、中間被覆層４及び表面被覆層５はそれぞれ一層よりなるが、本発明の現像ローラの中間被覆層４及び表面被覆層５は、それぞれ二層以上から構成されていてもよい。本発明の現像ローラにおいては、弾性層３の外周面に表面被覆層５が配設されているため、弾性層３から染み出した汚染物質が感光ドラムを汚染するのを十分に防止することができる。

本発明の現像ローラは、上記表面被覆層５がラクトン変性ポリオールをポリイソシアネートで架橋したウレタン樹脂及び／又はアクリルウレタン樹脂を含み、該ウレタン樹脂及び／又はアクリルウレタン樹脂は、シロキサン結合を有するシリコーンが樹脂骨格内に導入されていることを特徴とする。表面被覆層５が上記ウレタン樹脂及び／又はアクリルウレタン樹脂を含むことで、現像ローラの硬度が低下して、トナーにダメージを与えることがなくなり、更に、現像ローラの圧縮永久歪が低減され、良好な画像を形成することが可能となる。また、表面被覆層５に用いるウレタン樹脂及び／又はアクリルウレタン樹脂の樹脂骨格内にシロキサン結合を有するシリコーンを導入することで、表面被覆層５、即ち、現像ローラ表面の摩擦抵抗を低減し、滑り性を向上させて、現像ローラの耐久性を改善すると共に、駆動時の滑りを改善することもできる。

本発明の現像ローラのシャフト２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、或いは良導電性のプラスチック製シャフト等を用いることができる。

本発明の現像ローラの弾性層３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。

上記発泡ウレタン原料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、上記ポリオール及びポリイソシアネートの合計又は上記ウレタンプレポリマー及び鎖延長剤の合計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、上記ポリオール及びポリイソシアネートの合計又は上記ウレタンプレポリマー及び鎖延長剤の合計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３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３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。

本発明の現像ローラは、弾性層３と表面被覆層５との間に、ポリマー及び水溶媒を含む混合溶液から形成された中間被覆層４を備える。ここで、ポリマーとしては、水に溶解又は分散可能であればよく、樹脂及びゴムのいずれでもよい。なお、本発明の現像ローラにおいては、中間被覆層４が二層以上から構成されていることが好ましい。また、該中間被覆層４のガラス転移温度は、10℃以下であることが好ましく、中間被覆層４の厚さは100μm以下であることが好ましい。本発明の現像ローラが中間被覆層４を備えるため、後述する表面被覆層５の形成に際し、例えば、表面被覆層５の原料を含む塗料を塗布しても、弾性層３が塗料中の溶剤で溶解又は膨潤するのを防止することができる。

上記中間被覆層４の形成に用いられるポリマーが樹脂の場合、例えば、該樹脂及び水を含む混合溶液を調製し、該混合溶液をディッピング法やスプレー法により弾性層３上に塗布し、乾燥することで、中間被覆層４を形成することができる。該中間被覆層４に用いる樹脂としては、水系樹脂が好ましい。該水系樹脂としては、水溶性タイプ、エマルジョンタイプ、サスペンジョンタイプ等のいずれのタイプでもよく、また、カルボキシル基、水酸基、アミノ基等の活性水素を有する水系樹脂が好ましい。該水系樹脂としては、アクリル系、ウレタン系、ポリエステル系、ポリジオキソラン等の温水可溶性系の樹脂が挙げられ、これらの中でも、アクリル樹脂及びウレタン樹脂が好ましい。該アクリル樹脂としては、特に限定されるものではないが、ガラス転移温度が10℃以下のものが好ましい。また、上記アクリル樹脂には、熱可塑性タイプと、自己架橋、メラミン架橋、イソシアネート架橋等の架橋タイプとがあるが、上記ガラス転移温度の範囲内のものであれば、いずれのタイプのものもでもよく、塗膜形成工程上及び硬度の面から熱可塑性タイプが好ましい。

一方、上記中間被覆層４の形成に用いられるポリマーがゴムの場合、例えば、ゴムラテックスを上記弾性層３上にディッピング法等で塗布した後、該ラテックスを凝固剤で凝固させたり、或いは上記弾性層３上にディッピング法等で凝固剤の層を形成した後、その上にゴムラテックスを塗布し凝固させる等して中間被覆層４を形成することができる。該中間被覆層４に用いるゴム成分としては、スチレン-ブタジエン共重合体ゴム、天然ゴム等が挙げられ、また、凝固には、コーラテックス９３［川口化学工業(株)製］等の凝固剤を水やメタノールに溶解させた酸性溶液を用いることが好ましい。アルカリ性のラテックスと酸性溶液との間で酸アルカリ反応を起こさせることで、ラテックスがゲル化して凝固する。ここで、ゴムラテックスからの中間被覆層４の形成においては、酸アルカリ反応で生成した水を除去するための乾燥工程や酸アルカリ反応で生成した塩を除去するための洗浄工程を適宜実施してもよい。

上記中間被覆層４には、上記弾性層３と同様に、導電剤を添加して導電性を調整することができ、中間被覆層４の体積抵抗率が10³〜10¹⁰Ω・cmの範囲になるように導電剤を添加することが好ましく、10⁴〜10⁸Ω・cmの範囲になるように添加することが更に好ましい。該中間被覆層４に添加する導電剤としては、上記弾性層３を構成する発泡ウレタン原料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。ここで、該中間被覆層４における導電剤の添加量は、上記ポリマー100質量部に対して、0.1〜20質量部の範囲が好ましく、1〜10質量部の範囲が更に好ましい。

上記中間被覆層４には、必要に応じて増粘剤、チクソトロピー性付与剤、構造粘性付与剤等の添加剤を必要に応じて適量添加することができる。

本発明の現像ローラの表面被覆層５は、ラクトン変性ポリオールをポリイソシアネートで架橋したウレタン樹脂及び／又はアクリルウレタン樹脂であって、その樹脂骨格内にシロキサン結合を有するシリコーンが導入されたウレタン樹脂及び／又はアクリルウレタン樹脂を主として含み、必要に応じて導電剤等の他の成分を含む。上記ラクトン変性ポリオールは、ポリオールの末端をε-カプロラクトン等のラクトンで変性して製造することができ、市販品を利用することもできる。また、該ラクトン変性ポリオールは、重量平均分子量（Ｍw）が500以上であることが好ましく、1000以上であることが更に好ましい。

上記ラクトンで変性されるポリオールとしては、グリセリン等にエチレンオキシドやプロピレンオキサイド等のアルキレンオキサイドを付加重合させた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、グリセリン、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、ポリブタジエンポリオール、ポリイソプレンポリオール、ポリエステルポリオール等が挙げられる。

また、上記ラクトン変性ポリオールを架橋す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）等が挙げられる。これらポリイソシアネートは、１種単独で用いてもよいが、２種以上を混合して用いることが好ましい。

上記表面被覆層５に用いるアクリルウレタン樹脂は、ウレタン部にシロキサン結合を有するシリコーンが導入されていても、アクリル部にシロキサン結合を有するシリコーンが導入されていてもよい。上記ウレタン樹脂及び／又はアクリルウレタン樹脂のウレタン部に導入されるシリコーンとしては、シロキサン結合を有し且つ両末端に水酸基又はアミノ基を有するシリコーンが好ましく、上記アクリルウレタン樹脂のアクリル部に導入されるシリコーンとしては、シロキサン結合を有し且つ片末端にメタクリロキシ基を有するシリコーンが好ましい。また、上記ウレタン樹脂及び／又はアクリルウレタン樹脂の樹脂骨格内に導入されるシリコーンとしては、数平均分子量（Ｍn）が500〜10,000であるものが好ましい。なお、上記ウレタン樹脂及びアクリルウレタン樹脂において、樹脂中のシロキサン結合を有するシリコーン部分の含有率は、5〜40質量％の範囲が好ましく、シリコーン部分の含有率が5質量％未満では、表面被覆層５の摩擦抵抗を低減して、現像ローラの滑り性を向上させる効果が十分でなく、40質量％を超えると、コスト高となる。

上記アクリルウレタン樹脂は、ウレタン部とアクリル部とがブロック型で結合していても、グラフト型で結合していてもよいが、ウレタン部を主鎖とし、該主鎖に側鎖としてアクリル部が結合したタイプが好ましい。該アクリルウレタン樹脂は、例えば、２-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、２-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等によりアクリル重合体に水酸基を導入したポリマーと、分子末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーとを反応させたり、過酸化物の存在下、末端又は側鎖にメルカプト基を含有するウレタンプレポリマーに(メタ)アクリレートを加えラジカル重合させる等して製造することができる。なお、後者においては、過酸化物によってメルカプト基がラジカルを発生し、該ラジカルを基点として(メタ)アクリレートがラジカル重合する。ここで、本発明においては、上記ラクトン変性ポリオール及びポリイソシアネートと、例えば、上記シロキサン結合を有し且つ両末端に水酸基又はアミノ基を有するシリコーンとから合成したウレタンプレポリマーを用いることで、ウレタン部に上記ラクトン変性ポリオールとシロキサン結合を有するシリコーンとが導入されたアクリルウレタン樹脂が得られる。また、上記アクリル重合体の合成において、シロキサン結合を有し且つ片末端にメタクリロキシ基を有するシリコーンを併用することで、シロキサン結合を有するシリコーンがアクリル部に導入されたアクリルウレタン樹脂が得られる。一方、上記ウレタン樹脂は、例えば、上記ラクトン変性ポリオールと、上記ポリイソシアネートと、上記シロキサン結合を有し且つ両末端に水酸基又はアミノ基を有するシリコーンとから製造することができる。なお、本発明の現像ローラには、上記の方法以外で得られたウレタン樹脂及び／又はアクリルウレタン樹脂を用いてもよい。

なお、上記アクリルウレタン樹脂のアクリル成分としては、２-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、２-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等の他に、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、ｎ-ブチル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリレート等が挙げられる。また、上記アクリルウレタン樹脂において、樹脂中のアクリル部分の含有率は、5〜80質量％の範囲が好ましく、10〜60質量％の範囲が更に好ましく、20〜50質量％の範囲がより一層好ましい。

上記表面被覆層５は、更に、上記ラクトン変性ポリオールとポリイソシアネートとの架橋反応を促進するための触媒を含むことができる。該触媒としては、上記弾性層３を構成する発泡ウレタンに用いられる触媒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、該触媒の使用量は、上記ラクトン変性ポリオール100質量部に対して0.001〜2.0質量部の範囲が好ましい。なお、該触媒は、上記シロキサン結合を有し且つ両末端に水酸基又はアミノ基を有するシリコーンと上記ポリイソシアネートとの架橋反応を促進することもできる。

上記表面被覆層５には、その導電性を制御する目的で導電剤を配合することができ、該導電剤としては、上記弾性層３を構成する発泡ウレタン原料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。ここで、表面被覆層５における導電剤の配合量は、イオン導電剤の場合には、表面被覆層５を構成する上記ウレタン樹脂及びアクリルウレタン樹脂の合計100質量部に対し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く、一方、電子導電剤の場合には、表面被覆層５を構成する上記ウレタン樹脂及びアクリルウレタン樹脂の合計100質量部に対し1〜70質量部の範囲が好ましく、5〜50質量部の範囲が更に好ましい。上記表面被覆層５は、上記導電剤の添加により、体積抵抗値が10³〜10¹⁰Ω・cmの範囲になるように調整されることが好ましく、10⁴〜10⁸Ω・cmの範囲になるように調整されることが更に好ましい。

上記表面被覆層５は、弾性率が10³MPa以下であることが好ましい。表面被覆層５の弾性率が10³MPaを超えると、トナーが表面被覆層５に衝突した際にトナーが劣化してしまい、画像不良を生じてしまう。

上記表面被覆層５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く、1〜15μmの範囲が更に好ましい。表面被覆層５の厚さが30μmを超えると、表面被覆層５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。また、上記中間被覆層４及び表面被覆層５の合計厚さは、上記弾性層３の柔軟性を損なわない観点から、100μm以下であることが好ましい。

上記表面被覆層５の形成方法は、特に限定されるものではなく、表面被覆層５を構成する各成分を含む塗料を調製し、該塗料をディッピング法やスプレー法、或いはロールコータ法により塗布し、乾燥する方法が好ましく用いられる。

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。

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、感光ドラムを汚染することがなく、トナーを劣化させず、圧縮永久歪及び表面の摩擦抵抗か小さい上述の現像ローラを備えることを特徴とし、かぶり等の画像不良を発生することがなく、長期に渡って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、トナー６を供給するためのトナー供給ローラ７と、静電潜像を保持した感光ドラム８と、トナー供給ローラ７と感光ドラム８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９と、感光ドラム８の近傍（図では上方）に位置する帯電ローラ１０と、感光ドラム８の近傍（図では下方）に位置する転写ローラ１１と、感光ドラム８に隣接して設けられたクリーニング部１２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、帯電ローラ１０によって、感光ドラム８が一定電位に帯電した後、露光機（図示せず）により静電潜像が感光ドラム８上に形成される。次に、トナー供給ローラ７と、現像ローラ１と、感光ドラム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１を経て感光ドラム８に送られる。現像ローラ１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１と感光ドラム８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１から感光ドラム８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１１で紙等の記録媒体に転写され、また、転写後に感光ドラム８上に残留するトナー６は、クリーニング部１２のクリーニングブレード１３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、上述した感光ドラムを汚染することがなく、トナーを劣化させず、圧縮永久歪及び表面の摩擦抵抗が小さい本発明の現像ローラを用いることで、長期に渡って良好な画像を安定して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）
トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）とポリエーテルポリオールとから合成したウレタンプレポリマー100質量部と、アセチレンブラック2質量部とを混合して、アセチレンブラックが分散したウレタンプレポリマーを調製し、これをＡ成分とした。一方、ポリエーテルポリオール30質量部と、過塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ₄）0.1質量部とを70℃に加熱しながら混合し、更にポリエーテル変性シリコーンオイル（整泡剤）4.5質量部と、ジブチルスズジラウレート（触媒）0.2質量部とを混合して混合物を調製し、これをＢ成分とした。次に、上記Ａ成分とＢ成分とをメカニカルフロス法により発泡させて、更に、芯金をセットした円筒形状の金型に注入し、ＲＩＭ成形によって、発泡ポリウレタンからなる弾性層を有するローラ本体を作製した。

（実施例１）
水系アクリル樹脂［ノガワケミカル社製］100質量部と、カーボンブラック5質量部とを分散させ、中間被覆層用塗料を調製した。また、カプロラクトン変性アクリルウレタン［亜細亜工業製：ウレタン部にシリコーンを導入］100質量部と、カーボンブラック35質量部と、ヌレート変性ＨＤＩ［日本ポリウレタン製：コロネートＨＸ］50質量部とをメチルエチルケトン（ＭＥＫ）300質量部に分散させ、表面被覆用の塗料を調製した。得られた中間被覆層用塗料を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の外周に塗布して中間被覆層を形成した後、更に表面被覆用塗料を塗布して表面被覆層を形成し、現像ローラを作製した。次に、得られた現像ローラのローラ抵抗、ＪＩＳ １０点平均粗さ（Ｒz）、アスカーＣ硬度、摩擦係数、トナー帯電性を公知の方法で評価し、更に該現像ローラをレーザープリンターに装着して印刷を行い、画像特性を評価した。また、得られた現像ローラをカートリッジに組み込み、50℃、90％ＲＨの環境に１週間保存した後、感光ドラムの汚染の有無と、現像ローラ表面におけるブレード圧接痕の有無を調べた。結果を表１に示す。

（実施例２）
水系ウレタン樹脂［第一工業製薬社製］100質量部と、カーボンブラック5質量部とを分散させ、中間被覆層用塗料を調製した。また、カプロラクトン変性アクリルウレタン［亜細亜工業製：アクリル部にシリコーンを導入］100質量部と、カーボンブラック35質量部と、ヌレート変性ＨＤＩ［日本ポリウレタン製：コロネートＨＸ］50質量部とをＭＥＫ 300質量部に分散させ、表面被覆用の塗料を調製した。このようにして得られた中間被覆層用塗料及び表面被覆用の塗料を実施例１で調製した塗料の代わりに用いて、現像ローラを作製し、評価した。結果を表１に示す。

（実施例３）
水系ラテックス［高圧ガス工業製：ＮＲ］100質量部と、カーボンブラック5質量部とを分散させ、中間被覆層用塗料を調製した。また、カプロラクトン変性アクリルウレタン［亜細亜工業製：アクリル部にシリコーンを導入］100質量部と、カーボンブラック35質量部と、ヌレート変性ＨＤＩ［日本ポリウレタン製：コロネートＨＸ］50質量部とをＭＥＫ 300質量部に分散させ、表面被覆用の塗料を調製した。このようにして得られた中間被覆層用塗料及び表面被覆用の塗料を実施例１で調製した塗料の代わりに用いて、現像ローラを作製し、評価した。結果を表１に示す。

（参考例１）
カプロラクトン変性アクリルウレタン［亜細亜工業製：アクリル部にシリコーンを導入］100質量部と、カーボンブラック35質量部と、ヌレート変性ＨＤＩ［日本ポリウレタン製：コロネートＨＸ］50質量部とをＭＥＫ300質量部に分散させ、表面被覆用の塗料を調製した。中間被覆層を形成することなく、上記のようにして得られた表面被覆用の塗料を実施例１で調製した塗料の代わりに用いて、表面被覆層を形成して、現像ローラを作製し、評価した。結果を表１に示す。

（比較例１）
水系アクリル樹脂［ノガワケミカル社製］100質量部と、カーボンブラック5質量部とを分散させ、中間被覆層用塗料を調製した。また、シリコーンを導入していないウレタンアクリル塗料［亜細亜工業製］100質量部と、カーボンブラック35質量部と、ヌレート変性ＨＤＩ［日本ポリウレタン製：コロネートＨＸ］50質量部とをＭＥＫ 300質量部に分散させ、表面被覆用の塗料を調製した。このようにして得られた中間被覆層用塗料及び表面被覆用の塗料を実施例１で調製した塗料の代わりに用いて、現像ローラを作製し、評価した。結果を表１に示す。

（比較例２）
水系ウレタン樹脂［第一工業製薬社製］100質量部と、カーボンブラック5質量部とを分散させ、中間被覆層用塗料を調製した。また、シリコーンを導入していないウレタンアクリル塗料［亜細亜工業製］100質量部と、カーボンブラック35質量部と、ヌレート変性ＨＤＩ［日本ポリウレタン製：コロネートＨＸ］50質量部とをＭＥＫ 300質量部に分散させ、表面被覆用の塗料を調製した。このようにして得られた中間被覆層用塗料及び表面被覆用の塗料を実施例１で調製した塗料の代わりに用いて、現像ローラを作製し、評価した。結果を表１に示す。

表１から明らかなように、本発明に従う実施例の現像ローラは、感光ドラムを汚染することがない上、圧縮永久歪が小さいため、ブレードの圧接痕が無く、また、表面の摩擦抵抗が低いことに加え、トナーへのダメージが小さいため、良好な画像を安定して形成することができる。

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

Claims (9)

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表面被覆層とを備えた現像ローラにおいて、
   前記弾性層と前記表面被覆層との間に、ポリマー及び水溶媒を含む混合溶液から形成された中間被覆層を備え、
   前記表面被覆層がラクトン変性ポリオールをポリイソシアネートで架橋したウレタン樹脂及び／又はアクリルウレタン樹脂を含み、該ウレタン樹脂及び／又はアクリルウレタン樹脂は、シロキサン結合を有するシリコーンが樹脂骨格内に導入されていることを特徴とする現像ローラ。
2. 前記ウレタン樹脂及び／又はアクリルウレタン樹脂は、シロキサン結合を有し且つ両末端に水酸基又はアミノ基を有するシリコーンがウレタン部に導入されていることを特徴とする請求項１に記載の現像ローラ。
3. 前記アクリルウレタン樹脂は、シロキサン結合を有し且つ片末端にメタクリロキシ基を有するシリコーンがアクリル部に導入されていることを特徴とする請求項１に記載の現像ローラ。
4. 前記樹脂骨格内に導入されたシリコーンの数平均分子量が500〜10000である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. 前記弾性層が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からなることを特徴とする請求項１に記載の現像ローラ。
6. 前記表面被覆層は、弾性率が10³MPa以下であることを特徴とする請求項１に記載の現像ローラ。
7. 前記中間被覆層及び前記表面被覆層の少なくとも一方が更に導電剤を含有することを特徴とする請求項１に記載の現像ローラ。
8. 前記表面被覆層の厚さが30μm以下であることを特徴とする請求項１に記載の現像ローラ。
9. 請求項１〜８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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