(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性軸体の外周面に、半導電性シリコーンゴムからなる弾性半導電体層が形成され、その表面が加速電圧１００〜３００ｋＶで、かつ吸収線量６０〜１５０Ｍｒａｄの範囲の電子線照射によって硬化されるとともに、微細な凹凸が高密度に生成された表面処理層であることを特徴とする半導電性ロール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ＬＢＰ（レーザービームプリンタ）、ファクシミリなどに用いられる現像ロールなどとして有用な、初期及び長時間使用後の印字特性を向上した半導電性ロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
導電性軸体とこの外周面に設けた弾性半導電体層とからなる半導電性ロールの用途の一例として、その外周面上に摩擦帯電トナーを薄層状態で担持させることによって、潜像担持体上に形成された静電潜像を可視化する現像装置に、図２に示すような構造の電子写真式プリンターがある。
なお、図中、10は感光ドラム、11は帯電ロール、12は現像ロール、13はトナー搬送ロール、14は転写ロール、15はクリーニングロール、16は撹拌機、17は摩擦帯電ブレード、18はＬＥＤアレイ、19は容体、20は記録紙である。
このような用途の半導電性ロールでは、導電性、耐環境性、低硬度、摩擦帯電特性などの諸特性を備えることが求められ、ウレタンゴム、ＮＢＲ、シリコーンゴムなどの素材に、導電性付与剤としてのイオン伝導性添加剤や電子伝導性充填材を添加・配合して作製された半導電性ロールが用いられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このウレタンゴム、ＮＢＲなどの弾性材料からなる半導電性ロールでは、弾性材料に種々のプロセスオイルや軟化剤などの液剤を添加して硬度を下げていたため、半導電性ロールの表面にウレタンやナイロンなどを初めとする種々の樹脂による保護層を設けて、ブリードの発生を防止していたが、例えば、高温・高湿下に長時間放置すると、樹脂成分が加水分解して潜像担持体に固着することがあるなど、これらの耐環境特性は必ずしも満足されるものではなかった。また印字速度の高速化に伴ない、半導電性ロールの表面の摩耗による傷や、トナーの固着による、いわゆるフィルミングなどによる印字特性が低下するという不都合があった。さらに一部のプリンタの現像ロールとして用いた場合には、トナーのクリーニング効果が不十分であり、これはトナー付着力の不足によるものと考えられている。
これらを解決するものとして、弾性材料にシリコーンゴムを使用した半導電性ロールが検討されているが、この半導電性ロールは耐環境性が非常に安定していてトナーのクリーニング効果も高いが、印字耐久試験時に、トナーの搬送力の低下による印字特性の低下及び濃度の低下という不都合があるとともに、印字速度の高速化により、半導電性ロールの表面の摩耗が促進され、傷などによる印字特性の低下、さらに長時間使用したときに表面の摩耗により印字特性が低下していた。これはシリコーンゴムの耐摩耗性が低いことによるものと考えられる。
したがって、本発明は、長期間使用しても優れた印字特性が維持できる半導電性ロールの提供を課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意研究の結果、電子線をシリコーンゴム表面に照射すると表面の耐摩耗性が向上することを見出すとともに、その電子線照射によって生成されたロール表面の微細な凹凸がトナーの搬送性の向上に関与していることを突き止めて、本発明を完成させた。
すなわち、本発明による半導電性ロールは、導電性軸体の外周面に、半導電性シリコーンゴムからなる弾性半導電体層が形成され、その表面が加速電圧１００〜３００ｋＶで、かつ吸収線量６０〜１５０Ｍｒａｄの範囲の電子線照射によって硬化されるとともに、微細な凹凸が高密度に生成された表面処理層であるものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導電性ロールの実施の形態について、図１（ａ）、（ｂ）に基づいて詳細に説明する。
図１（ａ）は半導電性ロールの第１の実施の形態に係るもので、１は導電性軸体、２ａは導電性軸体１の外周面に形成された半導電性シリコーンゴムからなる非発泡の弾性半導電体層、３はこの弾性半導電体層への電子線照射による表面処理層である。
図１（ｂ）は半導電性ロールの第２の実施の形態に係り、導電性軸体１の外周に発泡の弾性半導電体層２ｂを設け、さらに電子線照射による表面処理層３を最外周に設けたものである。
【０００６】
上記半導電性ロールにおいて、導電性軸体１には、鉄、アルミニウム、ＳＵＳ、真鍮などで構成された、いわゆる「芯金」のほか、熱可塑性樹脂および／または熱硬化性樹脂からなる芯体の表面にメッキを施して導電化したもの、熱可塑性樹脂および／または熱硬化性樹脂に導電性付与剤としての導電性カーボンブラック、金属粉末などを配合した導電性樹脂成形品で形成した芯体、またはこれらの組み合わせからなる芯体など、導電性である限り、プラスチック、金属、セラミックから選ばれた任意の材料からなるものが用いられる。
この半導電性ロールは、導電性軸体１の一端または両端を接地またはバイアス電圧を印加することにより、トナーへの電荷の注入、静電潜像担持体へのトナーの搬送による静電潜像の現像などの機能を発揮する。
【０００７】
半導電性シリコーンゴムからなる弾性半導電体層２ａは、ポリオルガノシロキサン生ゴム、例えば、ジメチルシリコーン生ゴム、メチルビニルシリコーン生ゴム、メチルフェニルシリコーン生ゴムなどのいずれか１種または２種以上を組み合わせたものに、煙霧質シリカ、沈降性シリカなどの補強性充填剤を加えてシリコーンゴムコンパウンドとし、これに導電性カーボンブラック；ニッケル、アルミニウム、銅などの金属粉末；酸化亜鉛、酸化錫などの金属酸化物；硫酸バリウム、酸化チタン、チタン酸カリウムなどの絶縁性芯材に酸化錫などの導電性物質をコーティングしたもの；などから選ばれた１種または２種以上を組み合わせた導電性付与剤を所望の割合で配合し、過酸化物または白金触媒存在下でのハイドロジェンポリシロキサンなどの加硫剤を加えて、一緒に混練した後、プレス成形、押出成形、射出成形などの方法により、導電性軸体の外周面に加熱硬化させることにより、非発泡性弾性半導電体層が形成される。
【０００８】
図１（ｂ）に示すように、導電性軸体の外周に発泡の弾性半導電体層２ｂを設けるときは、上記組成物にアゾビスイソブチロニトリル（AIBN）、アゾジカルボンアミド（ADCA）などの発泡剤を添加し、加熱硬化・発泡させればよい。
なお、導電性付与剤の所望の割合とは上記半導電性シリコーンゴムの体積固有抵抗が 101〜 109Ω・cmの範囲となるものである。体積固有抵抗が上記範囲外では、潜像形成部以外へのトナーの飛散、いわゆるカブリの発生、印字濃度異常などが起きやすくなるので好ましくない。
弾性半導電体層２ａ及び２ｂは、現像工程の電極、トナーへの接触帯電及び電荷注入用の電極として作用するもので、その表面の凹凸およびファンデルワールス力、鏡像力、クーロン力などにより、半導電性ロールの表面にトナーを担持、搬送するものである。また弾性半導電体層２はシリコーンゴムを使用しているので、温度・湿度に対する耐環境性に優れているほか、電子伝導性導電性付与剤を使用しているため、電気抵抗値の環境依存性が非常に少ないという利点もある。
【０００９】
成形にあたっては、上記導電性軸体と上記シリコーンゴム組成物を、押出機でクロスヘッドを用いて、一体に分出しした後、ギヤーオーブンまたはＩＲ炉で一次加硫する押出成形方法、導電性軸体を金型にセットした後、上記シリコーンゴム組成物を注入し、常温あるいは加熱下で一次加硫する射出成形方法、導電性軸体とシリコーンゴム組成物を同時に金型内で加熱、加圧する圧縮成形方法などが用いられる。その後、ギヤーオーブンなどで一定時間二次加硫を実施することにより、物性の安定化を図ることもできる。
このロール状成形品は、そのままで電子線照射に供してもよいが、通常円筒研削盤により所定の外径に仕上げてから電子線照射する。またショットブラスター、サンドブラスター、ラッピング機、バフなどにより表面状態を変化させてから電子線照射することもできる。
その後、上記ロール状成形品の表面に、カーテン型電子線照射装置などを用いて、電子線照射を行うことによって、シリコーンゴムの加硫は促進され、ロール表面の硬度はより高くなる。また電子線のエネルギーがゴム表面の構造に作用されることにより、ロール表面に微細な凹凸が生成される。よってこれらの電子線の照射により、本発明の表面処理層を持つ半導電性ロールが得られるのである。
【００１０】
この電子線照射においては、弾性半導電体層の表層部の一部のみに集中照射されないように、半導電性ロール自体を回転させるような仕組みとするのが望ましい。
また、電子線の照射にあたって、加速電圧が１００〜３００ｋＶであり、かつ吸収線量が１０〜１５０Ｍｒａｄの範囲内で行うことにより、印字耐久特性をより向上させることができる。
この加速電圧が１００ｋＶより大きいと電子線の浸透深さがより深くなり、表面の耐摩耗性が一段と改善され、、また３００ｋＶより小さいと電子線の浸透深さが深くなりすぎることがないために、ゴムロール表面硬度の十分すぎる硬度上昇の可能性が少なくなり、より適切な硬度設定となる。また吸収線量の値が１０Ｍｒａｄより大きいと表面の微細な凹凸が高くなり、より耐摩耗性改善の効果が顕著になり、１５０Ｍｒａｄより小さいと硬化が進みすぎる可能性が低くなり、抵抗値の上昇による印字濃度低下がより起こりにくくなる。
【００１１】
本発明の半導電性ロールにおいて、電子線照射によって得られた表面処理層３に形成された微細で高密度な凹凸について説明する。
まず微細な凹凸とは、例えば、万能粗さ試験機により、半導電性ロールの外周方向の十点平均粗さを測定したものであり、この値が３〜２５μｍの範囲内の凹凸であればよく、この値が３μｍより小さいと、トナー搬送力が小さいという不利があり、２５μｍより大きいと、表面のうねりが印字に影響し、濃度ムラを生じるという不利があるので好ましくない。
また、高密度な凹凸とは、例えば、粗さ試験機による断面曲線（ロール外周方向）の単位長さ（１ｍｍ）当たりの山頂及び極部山頂の数をもって、表面粗さの平均空間周波数とし、この値が２０以上のものであることを意味する。したがって、この値が２０より小さいと、高密度な凹凸とすることができず、表面の凹凸にトナーが引っかりにくくなるため、トナーの搬送量、搬送力が経時変化してしまい、印字特性が安定せずに好ましくない。
【００１２】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例の記載によって限定されるものではない。
（実施例１〜２、比較例１〜４、参考例１）
導電性軸体として、ＳＵＭ22に無電解ニッケルメッキした直径10mm、長さ 250mmのシャフトを用い、これにシリコーン系プライマー・プライマーＮｏ．16（信越化学工業社製、商品名）を塗布し、ギヤーオーブン中で150℃、10分間焼き付け処理を施した。
半導電性シリコーンゴム組成物として、有機過酸化物反応型のシリコーン生ゴム・KE-78VBS（信越化学工業社製、商品名） 100重量部に、カーボンブラック・サーマルブラック（旭カーボン社製、商品名）10重量部、煙霧質シリカ系充填材・アエロジル200（日本アエロジル社製、商品名）25重量部を添加し、加圧ニーダーで混練した後、さらに有機過酸化物系加硫剤・C-8 （信越化学工業社製、商品名） 2.0重量部を添加したものを準備した。
【００１３】
これを内径20mmの円筒型キャビティーからなる圧縮成形金型にて、 175℃、10分間、前記シャフトと加硫接着成形した。その後、ギヤーオーブン中で 200℃、７時間二次加硫を行い、円筒研削盤で研磨して、直径18mm、ゴム部の長さ210mm、表面粗さ 8.2μｍ（RZ）のロール状成形品を得た。
次に、該ロール状成形品の芯金を回転軸として回転させながら、カーテン型電子線照射装置を用いて、加速電圧が１００ｋＶ、吸収線量が１０Ｍｒａｄの条件で電子線を照射し、静電潜像を可視化する現像装置の現像ロール（半導電性ロール）を作製した（参考例１）。
続いて、参考例１と同様の方法で、照射条件を変えて、半導電性ロールを作製した（実施例１，２及び比較例２〜４）。
次に、それぞれの半導電性ロールを、図２に示すような電子写真式プリンターに現像ロールとして装着し、長時間使用を想定して連続印字試験を実施し、下記の測定を行った。次いで、現像ロール表面の顕微鏡観察を行ない、トナーの固着についても調べた。
さらに、比較例として、上記ロール状成形品を電子線照射をせずに、そのままの状態で現像ロールとして使用し、同様の試験を行なった。以上の結果を表１に併記した（比較例１）。
【００１４】
（測定項目）
・ロール抵抗：
電子線照射前の半導電性ロールを、その全長よりも５mm長い金メッキ電極の上に置き、上記ロールの両端にそれぞれ500gの分銅をかけ、10Ｖの電圧を印加し、導電性軸体とロール表面の間の抵抗値を測定した。
・表面粗さ：
万能粗さ試験機を用いて、半導電性ロールの外周方向の十点平均粗さを測定した。
・表面粗さの平均空間周波数（表中、平均空間周波数とする）：
粗さ試験機による断面曲線（ロール外周方向）の単位長さ当りの山頂及び極部山頂の数をもって、表面粗さの平均空間周波数とした。
・耐久試験前後のロール重量変化（表中、ロール重量変化とする）：
耐久試験前後のロール重量を電子天秤で測定し、その差をロール重量変化（＝摩耗量）とした。
・カブリ：
上記それぞれの半導電性ロールを、電子写真式プリンターでの連続印字試験により、黒べた、網点、５％デューティー、白地印字などを繰り返し、５％デューティー画像の白地部のマクベス濃度を、マクベス濃度計を用いて測定した。
・初期印字濃度：
カブリと同様の方法で印字した黒ベタ印字部のマクベス濃度を、マクベス濃度計を用いて測定した。
【００１５】
（合否判定）
・カブリ：
初期、耐久後カブリとも、 0.015を超えるものについては、不合格。
・印字濃度：
初期及び耐久後濃度とも、 1.3未満のものについては、不合格。
・トナー固着：
耐久試験後の半導電性ロール表面を顕微鏡観察し、固着が見られたものについては、不合格。
・耐久後総合印字特性：
濃度ムラ（黒ベタ）、縦黒スジ、縦白スジ、画像の流れ等が見られたものは、不合格。
・総合評価
◎…全ての評価が優れている。
○…大部分の評価が優れている。
×…評価が劣っている。
【００１６】
【表１】
0003714740.tif 000002
【００１７】
【発明の効果】
本発明の半導電性ロールは、弾性半導電体層の表面が電子線照射によって硬化されるとともに、微細で高密度な凹凸で形成された表面処理層であるので、表面の耐摩耗性が向上し、印字耐久試験後の印字特性及び画像濃度を維持することができる。また、そのときの黒ベタの濃度は、半導電性ロール表面の凹凸の状態、摩擦係数、電気抵抗値に依存するため、初期印字の濃度が十分に確保され、耐久試験後も十分な濃度を得ることができる。さらに、この半導電性ロールは弾性半導電体層がシリコーンゴムであるため、空気中の水分による加水分解がなく、潜像担持体への固着やトナーの固着がないので、品質の良い製品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の半導電性ロールの異なる態様を例示する断面説明図である。
【図２】実施例で使用した電子写真式プリンターの断面説明図である。
【符号の説明】
１…導電性軸体、２ａ…非発泡性弾性半導電体層、
２ｂ…発泡の弾性半導電体層、３…表面処理層、
10…感光ドラム、11…帯電ロール、12…現像ロール、13…トナー搬送ロール、
14…転写ロール、15…クリーニングロール、16…撹拌機、
17…摩擦帯電ブレード、18…ＬＥＤアレイ、19…容体、20…記録紙。
【図１】
0003714740.tif 000003
【図２】
0003714740.tif 000004