(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性軸芯体と、
該導電性軸芯体上に形成されてなる、ゴムと、導電剤と、黒鉛が壁面に付着してなる発泡セルとを有する発泡層と、
該発泡層上に形成される非発泡層とを有する現像ローラであって、
該発泡層は、導電剤と黒鉛の炭素層間に揮発する化合物が侵入した黒鉛層間化合物が分散された未架橋ゴムを、該化合物の揮発温度以上に加熱し、該未架橋ゴムを架橋させ、かつ、該化合物を気化させることによって形成されてなるものであることを特徴とする現像ローラ。
【請求項２】
前記導電剤が、カーボンブラックであることを特徴とする請求項１に記載の現像ローラ。
【請求項３】
導電性軸芯体と、
該導電性軸芯体上に形成されてなる、ゴムと、導電剤と、黒鉛が壁面に付着してなる発泡セルとを有する発泡層と、
該発泡層上に形成される非発泡層とを有する帯電ローラであって、
該発泡層は、導電剤と、黒鉛の炭素層間に揮発する化合物が侵入した黒鉛層間化合物が分散された未架橋ゴムを、該化合物の揮発温度以上に加熱し、該未架橋ゴムを架橋させ、かつ、該化合物を気化させることによって形成されてなるものであることを特徴とする帯電ローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発泡層を有する弾性ローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、レーザープリンタ等の電子写真方式を用いた画像形成装置に使用される現像ローラや、帯電ローラ等各種の弾性ローラには、均一な電気抵抗を有する導電性と、感光体等に当接するための適度な柔軟性と、低圧縮永久歪性が要求される。具体的には、帯電ローラは感光体を均一に帯電するために、電気抵抗のばらつきが少なく均一な導電性を有し、また、感光体との当接又は圧接に対し適度な硬度と低圧縮永久歪み性を備えていることが求められる。また、現像ローラは感光体上の静電潜像へのトナーの転移を均一に行うために、電気抵抗のばらつきが少なく、一方でトナーへのストレスを軽減し、感光体との安定した当接幅を確保し、トナー規制ブレードの圧接部分に生じる永久的変形を抑制する必要がある。この種の弾性ローラとして、カーボンブラックのＤＢＰ吸油量を４０ｍｌ／１００ｇ〜２００ｍｌ／１００ｇに規定して、電気抵抗の均一性を図るもの（特許文献１）や、発泡ゴム層を有し、多量の可塑剤を配合するもの等が報告されている（特許文献２、３）。
【０００３】
発泡層は発泡剤を分散させたポリマーを用いて成形し、その後の加熱により、発泡剤を発泡させセルの形成と共に形成されているが、発泡セルを有する発泡層の形成に特許文献１記載のカーボンブラックを用いても、均一に分散させることは困難である。このため、カーボンブラックの密度が不均一になり、低密度の部分では、相互に接触せず導電パスが分断され、導電パスが形成されている部分との間に、電気抵抗のばらつきが生じる。この問題を解決するために、カーボンブラックをポリマーに多量に添加すると、発泡層の硬度上昇や圧縮永久歪の増大を引き起こす。また、特許文献２に記載の発泡ゴムは、化学発泡剤や高圧ガスを用いて弾性層中に発泡セルを形成するため、セルサイズが不均一となり、セル間に連通が生じ、独立したセル、いわゆる一定の大きさの単泡セルの形成が困難になる場合がある。この発泡ゴム層を、高速化、画質の高品位化、グローバル化による使用環境の多様化に対応可能な電子写真装置の弾性ローラに適用すると、セルサイズの不均一が硬度ムラや電流値ムラの原因の一つとなり得る。また、特許文献３に記載されるソリッドゴムに可塑剤を多量に配合して柔軟にした弾性ローラは、弾性ローラからブリードした可塑剤が感光体を汚染する問題や、成形用ゴム組成物の粘度が著しく低下し、成形が困難になる場合もある。発泡・硬化時においても、成形体の自重により発泡時の体積膨張が不均一になる場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３００６４４
【特許文献２】特開２００１−１３４０７１
【特許文献３】特開２００７−２４０７４２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、凝集しやすいカーボンブラックや黒鉛を含有する発泡層を有するにも拘らず、電気抵抗のばらつきを低減させることができ、充分な当接幅を確保可能な硬度を有し、圧縮永久歪が抑制された弾性ローラやその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、鋭意研究の結果、黒鉛又はカーボンブラックを内包する発泡セルを形成することにより、これらが発泡セルの壁面に付着され、発泡セルの壁面を導電化させることができることを見出した。これにより、発泡層において、発泡セルの壁面に添って導電パスが形成されることにより電気抵抗のばらつきを抑制でき、発泡セルの存在によって導電パスが分断されるのを抑制できることの知見を得た。かかる知見に基き本発明を完成させるに至った。
【０００７】
即ち、本発明は、導電性軸芯体と、
該導電性軸芯体上に形成されてなる、ゴムと、導電剤と、黒鉛が壁面に付着してなる発泡セルとを有する発泡層と、
該発泡層上に形成される非発泡層とを有する現像ローラであって、
該発泡層は、導電剤と、黒鉛の炭素層間に揮発する化合物が侵入した黒鉛層間化合物が分散された未架橋ゴムを、該化合物の揮発温度以上に加熱し、該未架橋ゴムを架橋させ、かつ、該化合物を気化させることによって形成されてなるものであることを特徴とする現像ローラに関する。
また、本発明は、導電性軸芯体と、
該導電性軸芯体上に形成されてなる、ゴムと、導電剤と、黒鉛が壁面に付着してなる発泡セルとを有する発泡層と、
該発泡層上に形成される非発泡層とを有する帯電ローラであって、
該発泡層は、導電剤と、黒鉛の炭素層間に揮発する化合物が侵入した黒鉛層間化合物が分散された未架橋ゴムを、該化合物の揮発温度以上に加熱し、該未架橋ゴムを架橋させ、かつ、該化合物を気化させることによって形成されてなるものであることを特徴とする帯電ローラに関する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の弾性ローラは、凝集しやすい黒鉛やカーボンブラックを含有する発泡層を有するにも拘らず、これらがセルの壁面に付着することにより壁面に添った導電パスを形成することができ、電気抵抗のばらつきを低減させることができる。発泡層内に効率よく導電パスが形成されるため、カーボンブラックや黒鉛の添加量を低減させることができ、硬度の上昇を抑制し、弾性ローラに充分な当接幅を確保可能な硬度を付与することができる。また、発泡セルの壁面に付着されるカーボンブラックや黒鉛により発泡セル壁の強度を増加させ、弾性ローラの耐圧縮永久歪を向上させることができる。特に、現像ローラに適用することにより、濃淡ムラや濃度低下が抑制され高品位な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る弾性ローラの発泡層を示す模式図である。
【図２】本発明に係る弾性ローラを示す側面図である。
【図３】本発明に係る弾性ローラを適用した電子写真画像形成装置を示す構成図である。
【図４】本発明に係る弾性ローラを適用した電子写真プロセスカートリッジを示す構成図である。
【図５】弾性ローラの電気抵抗の測定方法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の現像ローラ又は帯電ローラは、導電性軸芯体と、
該導電性軸芯体上に形成されてなる、ゴムと、導電剤と、黒鉛が壁面に付着してなる発泡セルとを有する発泡層と、
該発泡層上に形成される非発泡層とを有し、
該発泡層は、導電剤と、黒鉛の炭素層間に揮発する化合物が侵入した黒鉛層間化合物が分散された未架橋ゴムを、該化合物の揮発温度以上に加熱し、該未架橋ゴムを架橋させ、かつ、該化合物を気化させることによって形成されてなるものであることを特徴とする。
【００１１】
［導電性軸芯体］
導電性軸芯体としては、その材料は充分な強度を有し、且つ導電性を有すれば特に限定されない。
【００１２】
［発泡層］
電性軸芯体上に形成される発泡層は、黒鉛を含み、カーボンブラックを含有してもよく、これらを内包する発泡セルを有するものである。現像ローラ又は帯電ローラの発泡層を形成する基質としては、ゴム弾性を有するものが好ましく、具体的には、以下のものを挙げることができる。エチレン−プロピレン−ジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴムゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、エピクロロヒドリンゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム。ノルボルネンゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム。これらは一種又は二種以上を組み合わせて用いてもよい。 
【００１３】
上記発泡層に含有される黒鉛又はカーボンブラックは発泡層に導電性を付与するものである。黒鉛は、炭素層の積層状態が異なるα黒鉛、β黒鉛のいずれであってもよく、鱗片状黒鉛、塊状黒鉛、土状黒鉛等の天然黒鉛や熱分解黒鉛、キッシュ黒鉛等の人工黒鉛等を用いることができ、これらは一種又は二種以上を組み合わせて用いることもできる。これらのうち鱗片状のものが、結晶化が高く好ましく、そのアスペクト比（厚さに対する面方向の長さ）が５以上ものもが好ましい。黒鉛粒子の鱗片状の面方向の平均粒子径が１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。黒鉛粒子の粒子径は、光学顕微鏡あるいは電子顕微鏡を用い、画像上で長径と短径を測定し、その平均値を粒子径とし、１００個の黒鉛粒子の粒子径の５０％値をもって粒子径とすることができる。黒鉛は、黒鉛の炭素層間に、１２０℃以上、２００℃以下で揮発する化合物が侵入した黒鉛層間化合物（グラファイトインターカレーションコンパウンド：graphite intercalation compound）を用いることが好ましい。このような黒鉛層間化合物を用いることにより、黒鉛の炭素層間に侵入した化合物の揮発温度以上で加熱することにより、炭素層間に侵入した化合物が気化し、発泡層中に均一な大きさで、黒鉛を内包する発泡セルを容易に形成することができる。更に、黒鉛を発泡セルの壁面に付着させることができる。黒鉛層間化合物として炭素層間に侵入した化合物の揮発温度が１２０℃以上であれば、成形時の黒鉛と基質ゴムとの混練を、製造効率の上昇のために加熱条件下で行うことができる。また、黒鉛層間化合物として炭素層間に侵入した化合物の揮発温度が２００℃以下であれば、基質のゴムの架橋反応の進行によりセルの形成が阻害されるのを抑制することができ、加熱による基質の劣化を抑制し、圧縮永久歪に対する抵抗力の低下を抑制できる。黒鉛層間化合物における炭素層間に侵入させる化合物としては、１２０〜２００℃で揮発する酸と強酸化剤との混合物を挙げることができる。かかる酸として、具体的には、有機酸、無機酸いずれであってもよく、無機酸としては硫酸、無水硫酸、発煙硫酸、燐酸等を挙げることができ、有機酸としては酢酸等を挙げることができ、これらは一種又は二種以上を組み合わせて用いることができる。強酸化剤としては、発煙硝酸、濃硝酸、過塩素酸、過塩素酸塩、塩素酸塩、クロム酸、クロム酸塩、重クロム酸塩、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過硫酸塩、過酸化水素等を挙げることができ、これらは一種又は二種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００１４】
上記黒鉛層間化合物は、黒鉛と、酸及び強酸化剤の混合物とを混合した後、水洗、乾燥することにより製造することができる。
【００１５】
上記発泡層に含有されるカーボンブラックとしては、以下のものを用いることができる。ケッチェンブラックＥＣ、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、酸化処理等を施したカラー（インク）用カーボン、熱分解カーボン、天然グラファイト、人造グラファイト。カーボンブラックは黒鉛粒子表面に付着させて用いることができる。カーボンブラックの平均粒子径としては、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。カーボンブラックの一次粒子径測定には、電子顕微鏡を用い、撮影倍率を６万倍又は３０万倍にした画像上で一次粒子の長径と短径を測定し、その平均値を粒子径とし、１００個の一次粒子の粒子径の５０％値をもって一次粒子径とすることができる。このような平均粒子径を有することにより、黒鉛粒子表面にカーボンブラックを付着させ、黒鉛と共にカーボンブラックを内包する発泡セルを容易に形成し、更に、カーボンブラックを発泡セルの壁面に付着させることができる。
【００１６】
これらの黒鉛又はカーボンブラックを内包する発泡セルは、発泡層の表面に開口を有するセルであってもよいが、図１の模式図に示すように、発泡層の基質６の表面に開口を有しない閉じたセルであることが好ましく、いわゆる単泡セル４であることが好ましい。単泡セルは、化合物の気化により生じた個々の気泡がそのままセルを形成したものをいう。単泡セルであれば、個々の気泡同士が連結して形成される連結セルと比較して、セルの大きさを一定にすることができ、発泡層の電気抵抗の均一化を向上させることができる。このような発泡セルは内包する黒鉛５又はカーボンブラック７を壁面に付着させることができる。黒鉛又はカーボンブラックを壁面に付着させた発泡セルにおいては、これらが付着した壁面が導電化され、発泡セルを有する発泡層であっても、導電パスを発泡層内に均一に形成することができ、発泡層の電気抵抗の均一化を図ることができる。更に、発泡セルの壁面が黒鉛又はカーボンブラックの付着により補強され、弾性ローラの圧縮永久歪に対する抵抗力を向上させることができる。特に、黒鉛層間化合物を用いて形成した場合、単泡セルが均一に形成されることから、発泡倍率を高くすることができ、柔軟な弾性ローラが得られる。発泡セルの平均直径としては、１０μｍ以上３００μｍ以下であれば、内包する黒鉛又はカーボンブラックを壁面に容易に付着させ均一な電気抵抗を有する発泡層を形成し得ることから好ましい。平均セル径は、発泡層の断面の光学顕微鏡画像において真円相当径に換算して得られるセル径の算術平均値を採用することができる。また、発泡セル倍率は１．５倍以上５倍以下とすることが、弾性ローラとして圧縮永久変形に対する充分な抵抗力を有することから、好ましい。発泡倍率は以下の式によって算出することができる。
【００１７】
発泡倍率＝架橋発泡前の比重／架橋発泡後の比重
上記発泡層は、導電剤を含む。また、必要に応じて、充填剤、増量剤、架橋剤、架橋助剤、酸化防止剤、老化防止剤又は加工助剤等の各種添加剤を含有していてもよい。導電剤としては、例えば、以下のものを挙げることができる。アルミニウム、パラジウム、鉄、銅、銀等の金属系の粉体や繊維、カーボンブラック、金属酸化物、硫化銅、硫化亜鉛等の導電性を有する金属化合物粉。適当な粒子の表面を酸化スズ、酸化アンチモン、酸化インジウム、酸化モリブデン、亜鉛、アルミニウム、金、銀、銅、クロム、コバルト、鉄、鉛、白金、ロジウムを、電解処理、スプレー塗工、混合振とうにより付着させた粉体。充填剤及び増量剤としては、例えば、以下のものを挙げることができる。乾式シリカ、湿式シリカ、石英微粉末、ケイソウ土、カーボンブラック、酸化亜鉛、塩基性炭酸マグネシウム、活性炭酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸アルミニウム、二酸化チタン、タルク、雲母粉末。硫酸アルミニウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、ガラス繊維、有機補強剤、有機充填剤。これらの充填剤の表面を有機珪素化合物、例えば、ポリジオルガノシロキサン等で疎水化処理を行ったもの。
【００１８】
架橋剤としては、例えば、以下のものを挙げることができる。テトラメチルチウラムジスルフィド（ＴＭＴＤ）、テトラエチルチウラムジスルフィド（ＴＥＴＤ）、Ｎ，Ｎ′−ジチオビスモルホリン等の有機含硫黄化合物や硫黄。有機過酸化物系の架橋剤。これら架橋剤、架橋助剤の総使用量としては、架橋前のゴム基質１００質量部に対して、０.０１質量部以上２０質量部以下を挙げることができる。
【００１９】
酸化防止剤としては、例えば、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤を挙げることができる。また、老化防止剤としては、例えば、フェニレンジアミン類、フォスフェート類、キノリン類、クレゾール類、フェノール類、ジチオカルバメート金属塩類を挙げることができる。加工助剤としては、例えば、ステアリン酸やオレイン酸などの脂肪酸、あるいは脂肪酸の金属塩やエステル等を挙げることができる。
【００２０】
上記発泡層の電気抵抗は１０3Ω・ｃｍ以上、１０10Ω・ｃｍ以下が好ましい。発泡層の電気抵抗値が１０3Ω・ｃｍ以上であれば、感光体に欠損があった場合でも、リークの発生を抑制することができ、１０10Ω・ｃｍ以下であれば、良好な画像が得られる。具体的には、例えば、現像ローラならば、１０5Ω・ｃｍ以上１０10Ω・ｃｍ以下、帯電ローラならば、１０3Ω・ｃｍ以上１０8Ω・ｃｍ以下とすることができる。電気抵抗値は、後述する測定方法により測定した測定値を採用することができる。
【００２１】
このような発泡層の製造方法としては、発泡層の基質となる未架橋のゴムと、黒鉛又はカーボンブラックと、添加剤等を混練し、得られた混合物を成形して、加熱により発泡セルを形成すると共に未架橋ゴムの架橋を形成することにより製造することができる。特に、１２０℃以上、２００℃以下で揮発する化合物を含有する黒鉛層間化合物を用いることが好ましい。未架橋ゴムと黒鉛又はカーボンブラックと必要に応じて添加される添加物の混練には、バンバリーミキサー、ニーダー、２軸押出し機、２本ロール等を用いることができる。混練時は、黒鉛層間化合物に含有される化合物の揮発する温度未満の温度で加熱し、混練に要する時間を短縮することもできる。混練により、未架橋ゴム中に黒鉛やカーボンブラックが均一に分散された混合物を得る。得られた混合物の成形方法は、押出成形、射出成形等によることができる。導電性軸芯体の上に混合物を直接成形してもよく、また、チューブ状又はフィルム状に成形後、導電性軸芯体を挿入又はその上を被覆して成形することもできる。その後、黒鉛層間化合物の炭素層間にインターカレーションされた化合物の揮発温度以上に加熱することによりこの化合物が気化し、その内圧により黒鉛の層間隔が拡大され、黒鉛を内包した発泡セルが形成される。そして発泡セル壁面に黒鉛が付着し、少なくとも発泡セル壁面の一部が導電化される。発泡セル壁面の一部とは、黒鉛が発泡セル壁面に付着した部分である。また、この黒鉛層間化合物の表面にカーボンブラックを付着させて使用することにより、発泡セルに黒鉛と共にカーボンブラックを内包させることができ、発泡セル壁面に黒鉛と共にカーボンブラックを付着させることができる。黒鉛層間化合物を用いることにより形成される発泡セルはポリマー中に均一に分散し、気泡同士が接触することなく独立したセルである単泡セルが主として形成される。このとき、未架橋ゴムに架橋が形成され、発泡層を形成することができる。得られた発泡層に対し、表面を研磨して形状を整えてもよい。
【００２２】
［非発泡層］
上記発泡層上に形成される非発泡層は発泡セルを含まない層であり、硬度や弾性の調整やトナーを均一にローラ表面に担持する機能や感光体と均一に当接する等の機能を有する。非発泡層の基質としては、具体的には、発泡層と同様のゴム基質を挙げることができ、必要に応じて、上記例示の添加剤を含有させることもできる。非発泡層の電気抵抗は特に制限されるものではないが、発泡層と同様の電気抵抗とすることができる。また、非発泡層の厚さは、その機能に応じて適宜選択することができ、例えば、１０μｍ〜１ｍｍとすることができる。非発泡層の製造方法としては、射出成形や押出成形等を使用することができ、二層押出機を用いて発泡層と同時に成形することもできる。また、チューブ状又はフィルム状に成形後、発泡層を被覆して成形することもできる。得られた非発泡層に対し、表面を研磨して形状を整えてもよい。
【００２３】
上記弾性ローラは非発泡層上に、表層を有するものであってもよい。表層は表面の保護の他、弾性ローラからの添加物等のブリードを抑制する機能を有するものが好ましい。非発泡層との密着性を向上させ、非発泡層間の剥離を抑制するため、非発泡層の表面をコロナ処理、フレーム処理、エキシマＵＶ処理等の表面処理によって改質してもよい。表層を構成する材料としては、以下の樹脂を用いることができる。ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、スチレン系樹脂、ビニル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂のポリオレフィン系樹脂等の熱可塑性樹脂。エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、尿素樹脂、シリコン樹脂等の熱硬化性樹脂。表層の厚さは、表層に用いる材質の種類や形成方法により適宜選択され、樹脂系の場合には３μｍ以上、１００μｍ以下であることが好ましい。表層の厚さが３μｍ以上であれば均一な層厚に形成することができ、１００μｍ以下であれば、電気抵抗ムラを抑制することができる。表層の形成方法としては、ディップコート、スプレーコート、ロールコート等の塗工方法や、チューブ状に成形する方法、プラズマＣＶＤ法等を使用することができる。
【００２４】
また、表層にはシリカ膜や炭素膜を適用することもできる。シリカ膜としてはＯ−Ｓｉ−Ｏを主骨格とし、全元素におけるＳｉとＯの占める割合が６０％以上であり、ＳｉにはＨ、Ｏ、Ｃの少なくとも１つが結合されたＳｉＯｘを挙げることができる。炭素膜としては高硬度、電気絶縁性、赤外線透過性を持つカーボン薄膜のダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を挙げることができる。ＤＬＣはＣを主骨格とし、かつ若干のＨを含有し、ダイヤモンド結合（ＳＰ３結合）とグラファイト結合（ＳＰ２結合）の両方の結合が混在しているアモルファス構造を有するものである。これらの表層の厚さは０．０１μｍ以上３μｍ以下が好ましい。これらの表層の厚さが０．０１μｍ以上であれば、非発泡層を被覆する強度を備え、非発泡層の削れ、磨耗を抑制することができ、３μｍ以下であれば、非発泡層の割れを抑制することができる。これらシリカ膜や炭素膜は、ゾル・ゲル法によるディップコート、スプレーコート、ロールコート等の塗工方法、蒸着、プラズマＣＶＤ法等により作製することができる。
【００２５】
本発明の弾性ローラの一例として、図２に示すように、導電性軸芯体１上に、発泡層２及び非発泡層３が順次積層されたものを挙げることができる。
【００２６】
［電子写真画像形成装置］
本発明の弾性ローラを、帯電ローラ及び現像ローラに適用した電子写真画像形成装置の一例を図３に、電子写真プロセスカートリッジの一例を図４に示す。図３に示す電子写真画像形成装置は、矢印方向に回転する感光体１３と、この周囲に設けられる感光体を帯電する帯電ローラ２０、一様に帯電された感光体に静電潜像を書き込むレーザー光１９を感光体に照射する露光手段が設けられる。更に、トナー供給ローラ１５によって現像剤容器１８に収納されるトナー１６が供給され、ブレード１７により一定厚に形成されたトナーを静電潜像に搬送する現像ローラ１４が設けられ、搬送されたトナーは静電潜像上に移動し、トナー像として可視化する。現像は露光部にトナー像を形成するいわゆる反転現像を行う。一方、ローラ２４、２７、２９に懸架され矢印方向に移動される搬送ベルト２８が設けられ、給紙ローラ３１から供給される転写紙３０が感光体と転写ローラ２５間へ搬送されるようになっている。転写ローラ２５は搬送ベルトによって搬送される転写紙を介して感光体に対向するように配置され、電源２６によって印加される転写バイアス電圧によって感光体上のトナー像が転写紙上に転写されるようになっている。各トナー、例えば、マゼンダ、シアン、イエロー、ブラック毎に形成されたトナー像が搬送ベルトによって順に搬送される転写紙上に重畳して転写され、得られたカラートナー像を転写紙上に定着させる定着装置２３が設けられる。画像が形成された転写紙が装置外へ排出されるようになっている。一方、感光体上に転写されずに残存するトナーを感光体表面から除去するクリーニングブレード２２、掻き取られたトナーを収納する廃トナー容器２１が設けられ、クリーニングされた感光体は、次の画像形成を待機するようになっている。
【００２７】
［電子写真プロセスカートリッジ］
図４に示す電子写真プロセスカートリッジは、上記感光体１３、帯電ローラ２０、現像ローラ１４、トナー供給ローラ１５、ブレード１７、トナーを収納する現像容器１８、クリーニングブレード２２、及び廃トナー容器２１を有するものである。電子写真プロセスカートリッジは、これらを一体的に保持し、電子写真画像形成装置に着脱可能として使用される。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明の現像剤担持体及び現像装置を具体的に詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれらに限定されるものではない。
［黒鉛層間化合物の調製］
黒鉛層間化合物Ａの調製
９８％濃硫酸３００質量部をビーカーにとり、２０℃で、６０％過酸化水素３質量部及び過塩素酸ナトリウム１０質量部を混合した。この混合液を攪拌しながら、鱗片状黒鉛１００質量部を加え、３０分間反応させた。反応物を８００質量部の水中に徐々に加え、これをブフナー漏斗にて吸引濾過して反応で生成した黒鉛を回収した。この黒鉛に１２００質量部の水を加え洗浄し、ブフナー漏斗にて吸引濾過をした。水で洗浄した黒鉛を希アンモニア水で洗浄して残留する硫酸を中和した後、更に少量の水で洗浄し、ブフナー漏斗にて吸引濾過し、１００℃で乾燥し、黒鉛層間化合物Ａを得た。得られた黒鉛層間化合物Ａを、１２０℃に設定された電気炉で加熱した。この黒鉛層間化合物の加熱前後の容積を測定したところ７．１倍に膨張した。
黒鉛層間化合物Ｂの調製
黒鉛層間化合物Ａの調製において、過塩素酸ナトリウム１０質量部に替えて、ペルオキソ二硫酸アンモニウム１５質量部を用いたこと以外は、同様の方法にて黒鉛層間化合物Ｂを得た。得られた黒鉛層間化合物Ｂを、１２０℃及び１５０℃に設定された電気炉でそれぞれ加熱した。この黒鉛層間化合物の加熱前後の容積を測定したところ１２０℃の場合１．２倍に膨張し、１５０℃の場合６．７倍に膨張した。
黒鉛層間化合物Ｃの調製
黒鉛層間化合物Ｂの調製において、ペルオキソ二硫酸アンモニウムの添加量を５質量部に変更したこと以外は、同様の方法にて黒鉛層間化合物Ｃを得た。得られた黒鉛層間化合物Ｃを、１５０℃及び１８０℃に設定された電気炉でそれぞれ加熱した。この黒鉛層間化合物の加熱前後の容積を測定したところ１５０℃の場合１．２倍に膨張し、１８０℃の場合７倍に膨張した。
黒鉛層間化合物Ｄの調製
黒鉛層間化合物Ａの調製において、６０％過酸化水素の添加量を７質量部に変更したこと以外は、同様の方法にて黒鉛層間化合物Ｄを得た。得られた黒鉛層間化合物Ｄを、１８０℃及び２００℃に設定された電気炉でそれぞれ加熱した。この黒鉛層間化合物の加熱前後の容積を測定したところ１８０℃の場合１．１倍に膨張し、２００℃の場合７．３倍に膨張した。
【００２９】
［発泡層未架橋ゴム組成物の調製］
以下のものを６Ｌニーダー（ＴＤ６−１５ＭＤＸ：トーシン社製）にて混練した。
アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ニポールＤＮ４０１：日本ゼオン社製)
（アクリロニトリル１８質量％）        １００質量部
ステアリン酸亜鉛                          ２質量部
酸化亜鉛                                  ５質量部
ＭＴカーボンブラック（サーマックスフローフォームＮ９９０：ＣＡＮＣＡＢ社製）
４０質量部
その後、架橋剤として硫黄１質量部、架橋助剤としてメルカプトベンゾチアゾール（ＭＢＴ）１質量部、黒鉛層間化合物Ａを９質量部をオープンロールにて混合し、発泡層未架橋ゴム組成物を得た。
［非発泡層未架橋ゴム組成物の調製］
発泡層未架橋ゴム組成物の調製において黒鉛層間化合物Ａを用いなかったこと以外は、同様の配合及び方法にて非発泡層未架橋ゴム組成物を調製した。
［弾性ローラの調製］
得られた発泡層未架橋ゴム組成物と非発泡層未架橋ゴム組成物を、二層押出機を用いて、導電性軸芯体と共に押出し、導電性軸芯体と一体となった積層体を成形した。得られた導電性軸芯体と一体の積層体を金型内に挿入し、１６０℃にて加熱し、架橋、発泡を行い、発泡層と非発泡層を同時に形成し弾性ローラを得た。弾性ローラより発泡層を切り出し、顕微鏡で観察したところ、セル内に黒鉛が存在した。また、発泡層の電気抵抗値を測定し、均一性に対する評価を行った。
【００３０】
［発泡層の電気抵抗値］
得られた弾性ローラを研磨し、発泡層のみのローラとした。このローラについて、図５に示す測定装置を用いて電気抵抗値を測定した。図５に示す電気抵抗測定装置は、試料のローラ面が接触するように配置される外径３０ｍｍのアルミドラム１０、ローラＳの軸芯体両端にそれぞれ負荷する荷重８、ローラＳに電圧を印加する電源１２、アルミドラムに接続されたマルチメーター９を有する。この電気抵抗測定装置に、発泡層を露出させたローラＳをセットし、両端の導電性軸芯体に総圧１ｋｇの荷重がかかるように荷重８を設定し、ローラＳをアルミドラムに圧着させる。軸芯体とアルミドラムに５０Ｖの電圧を印加して、ローラ一周分を測定計測し、一周分の抵抗の平均を電気抵抗値とした。この電気抵抗の最大値／最小値を計算し、その値から以下の基準により評価を行った。弾性ローラ電気抵抗値と電気抵抗値のばらつきの結果をそれぞれ表１に示す。
Ａ：抵抗の最大値／最小値が２倍以下
Ｂ：抵抗の最大値／最小値が２倍以上５倍以下
Ｃ：抵抗の最大値／最小値が５倍以上１０倍未満
Ｄ：抵抗の最大値／最小値が１０倍以上
［現像ローラの調製］
表層の材料として、ポリオール（ニッポラン５０３３：日本ポリウレタン社製）と、硬化剤としてイソシアネート（コロネートＬ：日本ポリウレタン社製）とを、モル比［ＮＣＯ］／［ＯＨ］が１．２となるように秤量し、合わせて１００質量部とした。更に、カーボンブラック（ＭＡ１００、三菱化学社製）を３０質量部添加し混合液を得た。この混合液に有機溶剤を加え、表層の膜厚が２０μｍとなるように固形分２０質量％以上３０質量％以下の範囲で調整した。これに平均粒径が１６μｍのウレタン樹脂粒子（ＣＦＢ−１０１−４０、大日本インキ化学工業社製）を５質量部加え、均一分散、混合して表層の原料液とした。この原料液中に、得られた弾性ローラを浸漬してコーティングした後、引き上げて乾燥し、１６０℃にて２０分間加熱処理し、約２０μｍの表層を有する現像ローラを調製した。得られた現像ローラについて、圧縮永久歪及び画像評価を行った。
【００３１】
［現像ローラの圧縮永久歪］
得られた現像ローラをカラーレーザープリンター（ＬＢＰ５４００：キヤノン社製）用の電子写真プロセスカートリッジへ組み込み、温度４０℃の恒温槽中に１ヶ月静置した。そして常温常湿で１日静置した後、現像ローラを取り出し新しい電子写真プロセスカートリッジに組み込み、ＬＢＰ５４００本体に取り付けた。その後常温常湿で印字率１００％濃度のベタ及び印字率５０％濃度のハーフトーンの画像を出力し以下の基準により画像評価を行った。結果を表１に示す。
Ａ：圧接跡が画像上にみられない
Ｂ：ベタ画像上に圧接跡が薄くみられるが、ハーフトーン画像上には圧接跡がみられない
Ｃ：ベタ画像上に圧接跡が明確にみられ、ハーフトーン画像に圧接跡が薄くみられる
Ｄ：ベタ及びハーフトーン画像上に圧接跡が明確にみられる。
【００３２】
［現像ローラの画像形成性］
得られた現像ローラをカラーレーザープリンター（ＬＢＰ５４００：キヤノン社製）用の電子写真プロセスカートリッジへ組み込み、温度２３℃、相対湿度５０％の環境下で印字率１００％濃度のベタ及び印字率５０％濃度のハーフトーンの画像を出力した。得られた画像について以下の基準で評価を行った。結果を表１に示す。
Ａ：ムラが見られない
Ｂ：ハーフトーン画像上にムラが軽微にみられるが、ベタ画像上ではみられない
Ｃ：ハーフトーン画像上にムラが明確にみられ、ベタ画像上にムラが軽微にみられる
Ｄ：ハーフトーン及びベタ画像上にムラが明確にみられる。
【００３３】
［帯電ローラの調製］
表層の材料として、ラクトン変性アクリルポリオール（プラクセルＤＣ２００９、ダイセル化学工業社製）をＭＩＢＫ（メチルイソブチルケトン）に溶解し、１０質量％濃度の溶液とした。このアクリルポリオール溶液１００質量部に対して導電性酸化スズ粉体（ＳＮ−１０２Ｐ、石原産業社製）１２質量部、シリコーンオイル（ＳＨ−２８ＰＡ、東レ・ダウコーニング社製）０．０１質量部配合し分散液を得た。この分散液にＨＤＩ（デュラネート２４Ａ−１００、旭化成工業社製）を３質量部加え攪拌し、最後に５００メッシュの網で溶液を濾過して表面層原料液とした。この表面層原料液中に、得られた弾性ローラを浸漬してコーティングした後、引き上げて乾燥させ、１５０℃にて６０分間加熱処理し、冷却した。その後、ローラの塗工時の軸方向を反転して、２回目の塗工を行い１５０℃にて６０分間加熱処理し、冷却し、１５μｍの被覆層を弾性層の外周に設けた帯電ローラを得た。
【００３４】
［帯電ローラの圧縮永久歪］
得られた帯電ローラをカラーレーザープリンター（ＬＢＰ５４００、キヤノン社製）用の電子写真プロセスカートリッジへ組み込み、温度４０℃の恒温槽中に１ヶ月静置した。そして１日静置した後、帯電ローラを取り出し、新しい電子写真プロセスカートリッジに組み込み、ＬＢＰ５４００本体に取り付け、印字率１００％濃度のベタ及び印字率５０％濃度のハーフトーンの画像を出力し、以下の基準により画像評価を行った。結果を表１に示す。
Ａ：圧接跡が画像上にみられない
Ｂ：ハーフトーン画像上に圧接跡が薄くみられるが、ベタ画像上には圧接跡がみられない
Ｃ：ハーフトーン画像上に圧接跡が明確にみられ、ベタ画像に圧接跡が薄くみられる
Ｄ：ハーフトーン及びベタ画像上に圧接跡が明確にみられる。
【００３５】
［実施例２］
発泡層未架橋ゴム組成物及び非発泡層未架橋ゴム組成物の調製において、ＭＴカーボンブラックの添加量を３０質量部に変更したこと以外は実施例１と同様に弾性ローラを調製し評価を行った。結果を表１に示す。
【００３６】
［実施例３］
発泡層未架橋ゴム組成物及び非発泡層未架橋ゴム組成物の調製において、ＭＴカーボンブラックの添加量を２５質量部に変更したこと以外は実施例１と同様に弾性ローラを調製し評価を行った。結果を表１に示す。
【００３７】
［実施例４］
発泡層未架橋ゴム組成物の調製において、黒鉛層間化合物Ａを黒鉛層間化合物Ｂに変更したこと以外は実施例１と同様に弾性ローラを調製し評価を行った。結果を表１に示す。
【００３８】
［実施例５］
発泡層未架橋ゴム組成物の調製において、黒鉛層間化合物Ａを黒鉛層間化合物Ｂに変更したこと以外は実施例２と同様に弾性ローラを調製し評価を行った。結果を表１に示す。
【００３９】
［実施例６］
発泡層未架橋ゴム組成物の調製において、黒鉛層間化合物Ａを黒鉛層間化合物Ｂに変更したこと以外は実施例３と同様に弾性ローラを調製し評価を行った。結果を表１に示す。
【００４０】
［実施例７］
発泡層未架橋ゴム組成物の調製において、黒鉛層間化合物Ａを黒鉛層間化合物Ｃに変更し、架橋、発泡温度を１８０℃に変更したこと以外は実施例１と同様に弾性ローラを調製し評価を行った。結果を表１に示す。
【００４１】
［実施例８］
発泡層未架橋ゴム組成物の調製において、黒鉛層間化合物Ａを黒鉛層間化合物Ｃに変更し、架橋、発泡温度を１８０℃に変更したこと以外は実施例２と同様に弾性ローラを調製し評価を行った。結果を表１に示す。
【００４２】
［実施例９］
発泡層未架橋ゴム組成物の調製において、黒鉛層間化合物Ａを黒鉛層間化合物Ｃに変更し、架橋、発泡温度を１８０℃に変更したこと以外は実施例３と同様に弾性ローラを調製し評価を行った。結果を表１に示す。
【００４３】
［実施例１０］
発泡層未架橋ゴム組成物の調製において、黒鉛層間化合物Ａを黒鉛層間化合物Ｄに変更し、架橋、発泡温度を２００℃に変更したこと以外は実施例１と同様に弾性ローラを調製し評価を行った。結果を表１に示す。
【００４４】
［実施例１１］
発泡層未架橋ゴム組成物の調製において、黒鉛層間化合物Ａを黒鉛層間化合物Ｄに変更し、架橋、発泡温度を２００℃に変更したこと以外は実施例２と同様に弾性ローラを調製し評価を行った。結果を表１に示す。
【００４５】
［実施例１２］
発泡層未架橋ゴム組成物の調製において、黒鉛層間化合物Ａを黒鉛層間化合物Ｄに変更し、架橋、発泡温度を２００℃に変更したこと以外は実施例３と同様に弾性ローラを調製し評価を行った。結果を表２に示す。
【００４６】
［実施例１３］
発泡層未架橋ゴム組成物の調製において、黒鉛層間化合物Ｂを黒鉛層間化合物Ｂにカーボンブラックを付着させたものに変更したこと以外は実施例５と同様に弾性ローラを調製し評価を行った。結果を表２に示す。
【００４７】
［実施例１４］
発泡層未架橋ゴム組成物及び非発泡層未架橋ゴム組成物の調製において、アクリロニトリル−ブタジエンゴムに替えてエチレン−プロピレン−ジエンゴム（エスプレン５０５：住友化学社製）を用いた。これ以外は実施例５と同様に弾性ローラを調製し評価を行った。結果を表２に示す。
【００４８】
［実施例１５］
発泡層未架橋ゴム組成物及び非発泡層未架橋ゴム組成物の調製において、アクリロニトリル−ブタジエンゴムに替えてスチレン−ブジエンゴム（エポールＮＳ１１６Ｒ：日本ゼオン社製）を用いたこと以外は実施例３と同様に弾性ローラを調製し評価を行った。結果を表２に示す。
【００４９】
［実施例１６］
発泡層未架橋ゴム組成物及び非発泡層未架橋ゴム組成物の調製において、アクリロニトリル−ブタジエンゴムに替えてブジエンゴム（ＢＲ−１５０：宇部興産社製）を用いたこと以外は実施例１０と同様に弾性ローラを調製し評価を行った。結果を表２に示す。
【００５０】
［実施例１７］
［発泡層未架橋ゴム組成物の調製］
以下のものをオープンで混練し、発泡層未架橋ゴム組成物を調製した。
ビニル基含有シリコーンゴム（ＫＥ１５１Ｕ：信越化学工業社製）１００質量部
ＭＴカーボンブラック（サーマックスフローフォームＮ９９０、ＣＡＮＣＡＢ社製）
１５質量部
付加反応架橋剤（Ｃ−１９Ａ：信越化学工業社製）１質量部
付加反応架橋剤（Ｃ−１９Ｂ：信越化学工業社製）３質量部
黒鉛層間化合物Ａ                              ９質量部
［非発泡層未架橋ゴム組成物の調製］
発泡層未架橋ゴム組成物の調製において黒鉛層間化合物Ａを用いなかったこと以外は、同様の配合及び方法にて非発泡層未架橋ゴム組成物を調製した。
［弾性ローラの調製］
得られた発泡層未架橋ゴム組成物と非発泡層未架橋ゴム組成物を、二層押出機を用いて、導電性軸芯体と共に押出し、導電性軸芯体と一体となった積層体を成形した。発泡層と非発泡層の厚さは各押出機の回転数の比率を調整して制御した。得られた導電性軸芯体と一体の積層体を金型内に挿入し、２４０℃にて１０分加熱し、一次架橋、発泡を行い、その後、２００℃４時間加熱により二次架橋し、発泡層と非発泡層を同時に形成し弾性ローラを得た。弾性ローラより発泡層を切り出し、顕微鏡で観察したところ、セル内に黒鉛が存在した。また、発泡層の電気抵抗値を測定し、均一性に対する評価を実施例１と同様に行った。結果を表２に示す。
【００５１】
［実施例１８］
発泡層未架橋ゴム組成物の調製において、黒鉛層間化合物Ａを１００℃で気化する化合物を含有する黒鉛層間化合物に変更したこと以外は実施例２と同様に弾性ローラを調製し評価を行った。結果を表２に示す。
【００５２】
［実施例１９］
発泡層未架橋ゴム組成物の調製において、黒鉛層間化合物Ａを２４０℃で気化する化合物を含有する黒鉛層間化合物に変更し、架橋、発泡温度を２４０℃に変更したこと以外は実施例１７と同様に弾性ローラを調製し評価を行った。結果を表２に示す。
【００５３】
［実施例２０］
発泡層未架橋ゴム組成物及び非発泡層未架橋ゴム組成物の調製において、ＭＴカーボンブラックの添加量を４５質量部に変更したこと以外は実施例５と同様に弾性ローラを調製し評価を行った。結果を表２に示す。
【００５４】
［実施例２１］
発泡層未架橋ゴム組成物及び非発泡層未架橋ゴム組成物の調製において、ＭＴカーボンブラックの添加量を２０質量部に変更したこと以外は実施例５と同様に弾性ローラを調製し評価を行った。結果を表２に示す。
【００５５】
［比較例１］
発泡層未架橋ゴム組成物及び非発泡層未架橋ゴム組成物の調製において、ＭＴカーボンブラックの添加量を６０質量部に変更し、黒鉛層間化合物Ａに替えて鱗片状黒鉛及び発泡剤（アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ））１０質量部を用いた。これら以外は実施例１と同様に弾性ローラを調製し評価を行った。結果を表３に示す。
【００５６】
［比較例２］
発泡層未架橋ゴム組成物及び非発泡層未架橋ゴム組成物の調製において、ＭＴカーボンブラックの添加量を５０質量部に変更したこと以外は比較例１と同様に弾性ローラを調製し評価を行った。結果を表３に示す。
【００５７】
［比較例３］
発泡層未架橋ゴム組成物及び非発泡層未架橋ゴム組成物の調製において、ＭＴカーボンブラックの添加量を４０質量部に変更したこと以外は比較例１と同様に弾性ローラを調製し評価を行った。結果を表３に示す。
【００５８】
［比較例４］
発泡層未架橋ゴム組成物の調製において、発泡剤をＡＤＣＡに替えてマイクロカプセルのミクロパールＦ（松本油脂社製）を用いたこと以外は比較例１と同様に弾性ローラを調製し評価を行った。結果を表３に示す。
【００５９】
［比較例５］
発泡層未架橋ゴム組成物の調製において、発泡剤をＡＤＣＡに替えてミクロパールＦ（松本油脂社製）を用いたこと以外は比較例２と同様に弾性ローラを調製し評価を行った。結果を表３に示す。
【００６０】
［比較例６］
発泡層未架橋ゴム組成物の調製において、発泡剤をＡＤＣＡに替えてミクロパールＦ（松本油脂社製）を用いたこと以外は比較例３と同様に弾性ローラを調製し評価を行った。結果を表３に示す。
【００６１】
【表１】
0005744433.tif 000002
【００６２】
【表２】
0005744433.tif 000003
【００６３】
【表３】
0005744433.tif 000004
【００６４】
結果から、発泡セル壁面は、黒鉛又はカーボンブラックが付着することにより、導電化され、セル壁に沿って導電パスが形成されるため電気抵抗のばらつきが抑制されることが分かる。更に、導電パスが効率よく形成されることにより、導電剤の添加量が低減され、導電剤添加による硬度上昇や圧縮永久歪を抑制することができることが分かる。この弾性ローラを現像ローラとして用いた場合、画像濃淡ムラや濃度低下が少なく、高品位の画像を得ることが可能となる。
【符号の説明】
【００６５】
１  導電性軸芯体
２  発泡層
３  非発泡層
４  単泡セル（発泡セル）
５  黒鉛
６  基質
７  カーボンブラック
１４  現像ローラ（弾性ローラ）
２０  帯電ローラ（弾性ローラ）
【図１】
0005744433.tif 000005
【図２】
0005744433.tif 000006
【図３】
0005744433.tif 000007
【図４】
0005744433.tif 000008
【図５】
0005744433.tif 000009