(57)【要約】【課題】  いかなる環境で長期にわたって使用されても、トナー荷電性の低下、トナー搬送量の変動、および規制ブレードへのトナー固着を防止する現像ローラを提供すること。【解決手段】  基体１上に少なくともシリコーン系弾性層２および表面コート層３を有してなる現像ローラであって、表面コート層の最小厚みが３．５μｍ以上であり、現像ローラ表面のケイ素原子含有物質の検出量が２．５以下である現像ローラ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体上に少なくともシリコーン系弾性層および表面コート層を有してなる現像ローラであって、表面コート層の最小厚みが３．５μｍ以上であり、現像ローラ表面のケイ素原子含有物質の検出量が２．５以下である現像ローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像形成装置の現像装置に組み込まれ、感光体との対向領域（現像領域）にトナーを搬送・供給するための現像ローラ、特に一成分現像用現像ローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
一成分現像用弾性現像ローラは一成分現像方式の現像装置に組み込まれる現像ローラであり、トナー規制ブレードとの間隙でトナーを帯電し、該帯電トナーを担持して現像領域に搬送・供給するものである。
従来より一成分現像用弾性現像ローラは、トナーに対する帯電付与能と耐久性の観点から、基体上にシリコーン系弾性層および表面コート層を有するものが最も良く知られている。
【０００３】
しかしながら、上記現像ローラを長期にわたって使用すると、トナーの荷電性が低下したり、現像ローラと感光体との間の現像領域へのトナー搬送量が変動したり、トナー規制ブレードにトナーが固着したりするという問題があった。ブレード固着は低温低湿環境にて顕著であった。荷電安定性の低下は標準環境、高温高湿環境にて顕著であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、いかなる環境で長期にわたって使用されても、トナー荷電性の低下、トナー搬送量の変動、および規制ブレードへのトナー固着を防止する現像ローラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、基体上に少なくともシリコーン系弾性層および表面コート層を有してなる現像ローラであって、表面コート層の最小厚みが３．５μｍ以上であり、現像ローラ表面のケイ素原子含有物質の検出量が２．５以下である現像ローラに関する。
【０００６】
本発明の発明者等は、現像ローラのシリコーン系弾性層等における未反応物質（低分子量ケイ素原子含有物質、例えばモノシラン成分やシラン２〜６量体などのシロキサン成分など）が現像ローラ表面に滲出することに着目し、当該滲出量を低減することによって上記目的を達成できることを見い出した。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の現像ローラは表面に存在する未反応物質が有効に低減されるので、当該物質がトナーに対して悪影響を及ぼさない。すなわち、いかなる環境下であっても、長期にわたって、トナーの帯電が安定化され、トナー搬送量がほとんど変動しなくなり、トナー規制ブレードへのトナー固着を有効に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の現像ローラは、例えば、図１に示すように、基体１上に少なくともシリコーン系弾性層２および表面コート層３を有してなるものであり、表面コート層３の最小厚みが３．５μｍ以上であることを特徴とする。
【０００９】
現像ローラの表面コート層は現像ローラの最表面を構成するものであり、その厚さは一般に、直下の層（例えば弾性層）表面における凹凸の存在により、均一にすることが困難で、場所によってはコートが薄い箇所がある。例えば、従来の現像ローラのように、塗布方法；スプレー塗布、塗布回数；１回、乾燥条件；風乾の条件で平均厚み１０〜３０μｍ程度の表面コート層を形成すると、その最小厚みは通常、０〜１μｍ程度となる。そのようなコート層の薄い部分が存在すると、当該部分から、シリコーン系弾性層等に由来の原料や副生物（特に、モノシラン成分やシラン２〜６量体などのシロキサン成分のような低分子量ケイ素原子含有物質）が滲出してトナーに吸着し、これによって、トナーの荷電性が低下したり、現像ローラと感光体との間の現像領域へのトナー搬送量が変動したり、トナー規制ブレードにトナーが固着したりすると考えられる。本発明においては現像ローラ最表面の表面コート層の最小厚みを上記範囲とすることにより、現像ローラ表面に滲出するシリコーン系弾性層等由来のケイ素原子含有物質を有効に低減する。そのため、いかなる環境下であっても、長期にわたって、トナーの帯電が安定化され、トナー搬送量がほとんど増減しなくなり、トナー規制ブレードへのトナー固着を有効に防止できる。
【００１０】
表面コート層の最小厚みが薄すぎると、ケイ素原子含有物質の滲出を有効に防止できず、トナー帯電安定性の低下、トナー搬送量の変動、または／およびトナー規制ブレードへのトナー固着等の問題が起こる。
【００１１】
本発明の現像ローラ表面におけるケイ素原子含有物質の検出量は２．５以下、好ましくは１．５〜２．５である。当該検出量が２．５を越えると、トナー帯電安定性の低下、トナー搬送量の変動、または／およびトナー規制ブレードへのトナー固着等が問題となる。
【００１２】
表面コート層の平均厚みは上記最小厚みを達成する限り特に制限されないが、５〜３０μｍが好ましい。平均厚みは大きいほど上記最小厚みを容易に達成できるが、本発明においては平均厚みを上記範囲内として表面コート層厚みをより均一にすることによって、ケイ素原子含有物質の滲出量をより有効に低減できる。
【００１３】
本明細書中、表面コート層の最小厚みおよび平均厚みは以下の方法によって測定された値を用いている。しかしながら、以下の方法によって測定されなければならないというわけではなく、以下の方法と同様の原理・原則によって測定可能な方法であれば、いかなる方法によって測定されてもよい。ローラ断面をカットし、断面形状を顕微鏡にて撮影し測定した。
【００１４】
現像ローラ表面におけるケイ素原子含有物質（Ｓｉ成分）の検出量は、温度５５℃および湿度４０〜７０％の過酷環境試験でのＳｉ成分滲出量である。Ｓｉ成分滲出量の測定に際しては、現像ローラ表面を実際に元素分析することは難しいので、滲出したＳｉ成分を吸着フィルムにて吸着させ、そのフィルムの分析を行った。詳しくは、図２（Ａ）に示すように、吸着フィルム（ADVANTEC MEMBRANE FILTERS MIXED CELLULOSE ESTER；ADVANTEC社製）１１をＰＥＴフィルム１２に張った。その上から図２（Ｂ）に示すように現像ローラ１３を置き、現像ローラの自重（約２８０ｇ）により吸着フィルム１１と密着させた。この状態で上記過酷環境下にて１２６４時間保管した。保管後、吸着フィルム１１を取り出し、吸着フィルムのＳｉ成分を分析した。分析装置は堀場製作所製Ｓ−７９２Ｘ１を用いた（分析装置測定条件：倍率１００倍、蒸着時間１５０秒）。漏れ量としてはＤＴ２５％（ＥＤＸ）としたときの検出強度を測定した。
【００１５】
本発明の現像ローラは基体上にシリコーン弾性層および表面コート層を順次、形成し、加熱することによって製造される。
【００１６】
基体１はその上に形成される層を支持可能な導電体であれば特に制限されず、例えば、鉄、アルミ、ステンレス等の金属からなる円筒状の芯金である。メッキ処理されていてもよい。
【００１７】
シリコーン系弾性層２はオルガノポリシロキサンを硬化してなるいわゆるシリコーンゴムからなり、好ましくは体積固有抵抗率１０３〜１０６Ω・ｃｍおよびＪＩＳ−Ａ硬度３０〜６０°を有する。オルガノポリシロキサンにはモノシラン成分やシラン２〜６量体などのシロキサン成分のような低分子量ケイ素原子含有物質が含有され、それらのうち一部は硬化によっても消費されずに残存するので、そのような低分子量ケイ素原子含有物質が表面コート層表面に滲出するものと考えられる。
【００１８】
シリコーン系弾性層の形成に使用されるオルガノポリシロキサンは例えば、一般式（Ｉ）；
【化１】
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で表されるものが使用可能である。
【００１９】
式（Ｉ）において、Ｒはそれぞれ独立して水素原子、アルキル基、アリール基、ビニル基またはアリル基である。アルキル基は炭素数１〜４、特に１のものが好ましく、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基が挙げられる。アリール基は炭素数６〜１０、特に６のものが好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基が挙げられる。
【００２０】
ｋは本発明の目的が達成される限り特に制限されず、通常は４〜１０、特に６〜８が好ましい。
【００２１】
上記のようなオルガノポリシロキサンは、例えば東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製の市販品として入手可能である。
【００２２】
オルガノポリシロキサンを硬化させるための硬化剤の具体例として、例えば、ポリオルガノハイドロジェンシロキサン等が挙げられる。
【００２３】
シリコーン系弾性層を構成するオルガノポリシロキサン硬化体の硬化度は本発明の目的が達成される限り特に制限されず、好ましくは当該弾性層が上記硬度を有するような範囲である。
【００２４】
シリコーン系弾性層には上記体積固有抵抗率を達成すべく、通常は導電付与剤が含有されている。本発明において弾性層に含有される導電付与剤は後述の表面コート層に含有され得る導電付与剤として例示した同様の物質からなる群から選択されればよい。好ましい弾性層用導電付与剤はカーボンブラックである。
【００２５】
シリコーン系弾性層は、基材の導電性芯金上に、押出し成形、射出成形、注型などいずれかの方法で成形可能である。成形後、加硫して弾性を付与する。弾性層を成形した後は、寸法精度（外径、フレ）や、表面の均一化（表面粗さ）の向上の為に、各種研磨加工法によって表面を研磨することが好ましい。
【００２６】
シリコーン系弾性層の平均厚みは特に制限されるものではなく、例えば、０．３〜３．０ｍｍ、特に０．５〜２．０ｍｍが好ましい。
【００２７】
表面コート層３は、上記最小厚みおよび所望により上記平均厚みを有し、かつケイ素原子含有物質を含有しない材料からなる限り、いかなる材料からなっていてもよい。そのような表面コート層材料の具体例として、例えば、ポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリ塩化ビニル系、ポリブタジエン系、ポリアミド系等の各種の熱可塑性エラストマーや天然ゴム、シス−ポリイソプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、シス−ポリブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、エチレン・プロピレンゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム等の各種加硫ゴム等が挙げられる。ウレタンゴムが好ましい。
【００２８】
表面コート層は体積固有抵抗率が１０７〜１０１０Ω・ｃｍおよびＪＩＳ−Ａ硬度が５０〜８０°の範囲が好ましい。
【００２９】
表面コート層には通常、上記体積固有抵抗率を達成すべく、導電付与剤が含有されている。
導電付与剤は、カーボンブラックや金属粉等からなる。好ましい導電付与剤は、カーボンブラックである。
【００３０】
表面コート層には揮発性溶媒（揮発した後の孔を利用する）や、樹脂粒子や無機微粒子等の粗さ付与粒子によって、表面の粗さ制御を行うこともある。
揮発性溶媒としては、表面コート層のポリウレタン反応が終了するまでに、完全に揮発する溶媒である。コート材料と反応しないまたは反応し難い低沸点の有機溶媒が挙げられる。例えば、ジメチルシリコーンオイル、環状シリコーンオイル等が挙げられる。
樹脂粒子は、アクリル樹脂粒子、シリコン樹脂粒子等が挙げられる。無機微粒子は、シリカ微粒子やチタニア粒子などの金属酸化物粒子等が挙げられる。
【００３１】
表面コート層は、コート材料構成原料と粗さ調整剤等各種添加剤および溶媒等を混合・分散して得られたコート液を、塗布・乾燥することで形成可能である。
表面コート層が、ウレタンゴムからなる場合の原料は、ポリオール成分とイソシアネート成分であり、特に、ポリオール成分にはフッ素含有ポリオールが好ましい。例えば、三フッ化エチレンモノマーを主原料とする共重合体ポリオール、四フッ化エチレンモノマーを主原料とする共重合体ポリオールなどがある。イソシアネート成分はジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤ）やトリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）等のジイソシアネート、ウレタン変性ジイソシアネートやアルコール変性ジイソシアネートであることが好ましい。
フッ素含有ポリオールは、例えば、ゼッフル（ダイキン工業社製）やルミフロン（旭硝子社製）、ディフェンサ（大日本インキ化学工業社製）が使用可能である。ウレタン変性ジイソシアネートは、デュラネート（旭化成工業社製）やアルコール変性ジイソシアネートは、コスモネート（三井武田ケミカル社製）が挙げられる。
溶媒は上記原料を溶解可能で、かつ上記表面コート層材料の形成を阻害しない限り特に制限されず、例えば、酢酸ブチル、酢酸エチル、キシレン、トルエン等が挙げられる。
【００３２】
本発明で規定する表面コート層の最小厚みは表面コート液の塗布回数および塗布量等の条件を適宜、調整・変更することによって制御可能である。
【００３３】
例えば、表面コート液の塗布量は大きいほど、最小厚みは大きくなる。一方で表面コート液の塗布量は小さいほど、最小厚みは小さくなる。
また例えば、表面コート液の塗布回数は多いほど、最小厚みは大きくなる。一方で表面コート液の塗布回数は小さいほど、最小厚みは小さくなる。
【００３４】
塗布方法としてはスプレー塗布法、ロールコータ法、刷毛で塗布する方法等一般的な方法を用いることができる。特に、スプレー塗布法は、噴射圧力、ニードルの調整、塗布面に対する移動速度、塗布面との距離等により塗布量の調整が容易なため好ましい。
【００３５】
乾燥方法としては、自然に乾燥させる風乾法や強制的に空気を当てて乾燥させる方法、熱による乾燥等が挙げられる。
【００３６】
本発明の現像ローラは所望により、基体１とシリコーン系弾性層２との間に接着層（図示せず）、および／またはシリコーン系弾性層２と表面コート層３との間にプライマ層（図示せず）を有しても良い。
【００３７】
接着層は、基材と弾性層との剥離を防止するために形成されるもので、例えば、熱可塑性樹脂（低分子量ポリオレフィンなど）、各種カップリング剤等が挙げられる。
接着層の塗布方法は、材料によって加熱したり、溶媒に溶解させたりして塗布する。スプレー塗布法、ロールコータ法、刷毛で塗布する方法等が挙げられる。
【００３８】
接着層の平均厚みは特に制限されるものではなく、例えば、０．１〜１０μｍが好適である。
接着層の平均厚みは表面コート層と同様の方法で測定可能である。
【００３９】
プライマ層は表面コート層３の剥離を防止するために形成されるものであり、例えば、シランカップリング剤からなっている。プライマ層材料としてシランカップリング剤を使用する場合であっても、本発明の目的を有効に達成できる。
【００４０】
シランカップリング剤は弾性層構成材料と反応し得る官能基および表面コート層構成材料と反応し得る官能基を有する有機ケイ素化合物であり、例えば、いわゆるイソシアネート系、アミノ系、メルカプト系、ビニル系、エポキシ系、スチリル系、メタクリロキシ系、アクリロキシ系、ウレイド系、クロロプロピル系およびスルフィド系のシランカップリング剤等が使用可能である。
【００４１】
シランカップリング剤は、表面コート層構成材料に依存して選択される。例えば、表面コート層がウレタン反応を伴う場合は、イソシアネート系シランカップリング剤やエポキシ系シランカップリング剤、アミノ系シランカップリング剤が使用可能である。また、表面コート層が、ビニル基の付加反応を伴う場合は、ビニル系シランカップリング剤が使用可能である。
【００４２】
イソシアネート系シランカップリング剤は例えば、市販のＫＢＰ−４４、ＫＢＥ−９００７（以上、信越化学工業社製）等が使用可能である。
アミノ系シランカップリング剤は例えば、市販のＫＢＰ−４０、ＫＢＰ−４１、ＫＢＰ−４３、ＫＢＰ−９０、ＫＢＭ−６０２、ＫＢＭ−６０３、ＫＢＥ−６０３、ＫＢＭ−９０３、ＫＢＥ−９０３、ＫＢＥ−９１０３、ＫＢＭ−５７３、ＫＢＭ−５７５、ＫＢＭ−６１２３（以上、信越化学工業社製）等が使用可能である。
【００４３】
メルカプト系シランカップリング剤は例えば、市販のＸ−１２−４１４、ＫＢＭ−８０２、ＫＢＭ−８０３（以上、信越化学工業社製）等が使用可能である。
ビニル系シランカップリング剤は例えば、市販のＫＡ−１００３、ＫＢＭ−１００３、ＫＢＥ−１００３（以上、信越化学工業社製）等が使用可能である。
エポキシ系シランカップリング剤は例えば、市販のＫＢＭ−３０３、ＫＢＭ−４０３、ＫＢＥ−４０２、ＫＢＥ−４０３（以上、信越化学工業社製）等が使用可能である。
【００４４】
スチリル系シランカップリング剤は例えば、市販のＫＢＭ−１４０３（信越化学工業社製）等が使用可能である。
メタクリロキシ系シランカップリング剤は例えば、市販のＫＢＭ−５０２、ＫＢＭ−５０３、ＫＢＥ−５０２、ＫＢＥ−５０３（以上、信越化学工業社製）等が使用可能である。
アクリロキシ系シランカップリング剤は例えば、市販のＫＢＭ−５１０３（信越化学工業社製）等が使用可能である。
【００４５】
ウレイド系シランカップリング剤は例えば、市販のＫＢＥ−５８５（信越化学工業社製）等が使用可能である。
クロロプロピル系シランカップリング剤は例えば、市販のＫＢＭ−７０３（信越化学工業社製）等が使用可能である。
スルフィド系シランカップリング剤は例えば、市販のＫＢＥ−８４６（信越化学工業社製）等が使用可能である。
【００４６】
プライマ層には導電付与剤が含有されていてもよい。本発明においてプライマ層に含有される導電付与剤は前記表面コート層に含有され得る導電付与剤として例示した同様の物質からなる群から選択されればよい。
【００４７】
プライマ層は例えば、シランカップリング剤および所望の添加剤を溶媒に溶解乃至分散してなるプライマ液を塗布・乾燥することにより形成可能である。溶媒はシランカップリング剤を溶解可能であれば特に制限されず、例えば、エタノール、トルエン、酢酸エチル、キシレン、水等が挙げられる。
【００４８】
プライマ液の塗布量はプライマ層の平均厚みが０．１〜５μｍ、特に１〜３μｍとなるような量であればよく、通常は、０．０２〜１．０ｍｇ／ｃｍ２、特に０．２〜０．６ｍｇ／ｃｍ２が好適である。
プライマ層の平均厚みはローラをカットして断面を顕微鏡等で拡大することによって測定可能である。
【００４９】
上記の各層を基体上に形成した後の加熱条件は、通常、温度１２０〜１８０℃および時間３０分〜２時間とすればよい。そのような加熱によって各層中で反応が完了する。
【００５０】
本発明の現像ローラは一成分現像方式の現像装置に有用である。すなわち、トナー規制ブレードとの間隙でトナーを帯電し、該帯電トナーを担持して現像領域に搬送・供給するに際し、いかなる環境で長期にわたって使用されても、トナー荷電性の低下、トナー搬送量の変動、および規制ブレードへのトナー固着を有効に防止できる。
【実施例】
【００５１】
＜現像ローラＡの製造＞
（プライマ液の調製）
シランカップリング剤（ＫＢＰ−４４；信越化学製）１００重量部をイソプロピルアルコール３００重量部で希釈して、プライマ液を得た。
【００５２】
（表面コート液の調製）
フッ素含有ポリオール（ダイキン工業社製ゼッフル）１００重量部と導電性カーボンブラック（キャボット社製）８重量部に酢酸ブチル３００重量部を加え、分散機を用いて分散させコーティングの主剤とした。この主剤に硬化剤としてウレタン変性ヘキサメチレンジイソシアネート（旭化成工業社製デュラネート）を主剤中のヒドロキシル基の当量と、硬化剤中のイソシアネート基の当量とが１：１となるように配合して表面コート液を調製した。
【００５３】
（現像ローラの製造）
外径が１６ｍｍの鉄製のシャフト芯金に体積固有抵抗率が１０３Ω・ｃｍでＪＩＳ−Ａ硬度が４５゜の導電性シリコーンゴムを被覆し、研磨して、外径が１８ｍｍのシリコーンゴム被覆ローラを作製した。
前記ゴム被覆ローラに、プライマ液を０．５ｍｇ／ｃｍ２になるようスプレー塗布し、風乾した。その後、表面コート液をスプレー塗布し（塗布量；２．６ｍｇ／ｃｍ２）、風乾した後、１８０℃で６０分加熱し、現像ローラを得た。
【００５４】
＜現像ローラＢ〜Ｊの製造＞
表面コート層形成のための形成条件を表１に記載のように変更したこと以外、現像ローラＡの製造方法と同様の方法で現像ローラを製造した。なお、塗布回数が２回以上の場合は、１回あたりの塗布量が表１の値になるようにスプレー塗布条件を調整した。
【００５５】
【表１】
2006030771.tif 000004
【００５６】
表面コート層の最小厚、ならびに表面コート層表面のＳｉ成分検出量はそれぞれ前記した方法に従って測定した。
【００５７】
＜評価＞
コニカミノルタ製（旧MinoltaQMS社製）magicolor7300の現像装置に上記の各現像ローラを組み込み、各色５％の印字パターンチャートにて１００００枚の耐刷試験を行い、現像ローラ上の初期および耐久後のトナー帯電量と搬送量、トナー規制ブレードの評価を行った。評価環境はそれぞれ標準環境（温度２３±３℃、湿度６５±５％）、高温高湿環境（温度３５±３℃、湿度８５±５％）、低温低湿環境（温度１０±２℃、湿度１５±５％）の環境下において評価を行った。
【００５８】
（現像ローラ上のトナー荷電安定性、搬送安定性評価）
白ベタ画像現像途中の現像ローラに担持されたトナーのトナー搬送量Ｍ／Ａ（ｇ／ｍ２）を吸引捕集し、その時のトナー重量Ｍと現像ローラ上からトナーを吸引することにより隆起した電荷Ｑから現像ローラ上の単位重量あたりの帯電量Ｑ／Ｍ（μＣ／ｇ）を計算した。
【００５９】
・トナー荷電安定性
上記方法で測定された初期（印字５００枚後）の帯電量と耐刷後（印字１００００枚後）の帯電量との差の絶対値に基づいて評価した。
○；８μＣ／ｇ未満；
△；８μＣ／ｇ以上、１０μＣ／ｇ未満；
×；１０μＣ／ｇ以上。
【００６０】
・トナー搬送性
初期および耐刷後それぞれの搬送量を以下の基準に基づいて評価し、悪い方の結果を示した。
○；５ｇ／ｍ２以上８ｇ／ｍ２未満；
△；４ｇ／ｍ２以上５ｇ／ｍ２未満、または８ｇ／ｍ２以上１０ｇ／ｍ２未満；
×；４ｇ／ｍ２未満、または１０ｇ／ｍ２以上。
【００６１】
（トナー規制ブレード固着）
耐刷試験後のトナー規制ブレードのトナー固着を評価した。
○；ブレードにトナーの固着が全くない状態；
△；トナー固着は若干あるが問題のないレベル；
×；トナーが固着し、固着が原因で画像にノイズが表れる状態を。
【００６２】
（総合評価）
○；すべての評価結果が○のもの；
△；すべての評価結果に×が１つもなく、△が１つでも含まれるもの；
×；すべての評価結果に×が１つでもあるもの。
【００６３】
結果を以下の表に示す。
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の現像ローラの構成の一例を説明するための現像ローラ軸方向に対して垂直な概略断面図である。
【図２】（Ａ）および（Ｂ）はＳｉ成分検出量の測定方法を説明するための概略模式図である。
【符号の説明】
【００６５】
１：基体、２：シリコーン系弾性層、３：表面コート層、１１：吸着フィルム、１２：ＰＥＴフィルム、１３：現像ローラ。
【図１】
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【図２】
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