(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性軸体の周面に半導電性弾性体層が設けられた半導電性ロールであって、
前記半導電性弾性体層の表面に、酸性のカーボンブラックを１官能イソシアネートで処理して得られるカーボンブラックを含有するコーティング層を設けたことを特徴とする半導電性ロール。
【請求項２】
前記コーティング層の母材が、ウレタン樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の半導電性ロール。
【請求項３】
前記コーティング層が、前記導電性軸体と該コーティング層の任意点との間の抵抗値の最大値を最小値で除した値が５０以下である抵抗値を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導電性ロール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真複写機、プリンタ、又はファクシミリ等の画像形成装置に用いられる半導電性ロール、特に現像ロールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導電性ロールは導電性軸体の周面に直接的又は間接的に半導電性弾性体層が被覆形成されることで構成され、様々な用途に供されるが、その用途の一つとして電子写真方式のプリンタ等の画像形成装置がある。
【０００３】
この種の画像形成装置２０は、図２に示すように、感光ドラム２１を備え、この感光ドラム２１の周囲に、一定電位に帯電する帯電ロール２２、潜像を形成する感光機であるＬＥＤアレイ２３、トナー２４を付着させて可視像を得る現像ロール２５、感光体のトナー像を記録紙２６に写し取る転写ロール２７、及びクリーニングロール２８等が配設されるとともに、これらの近傍にはトナー搬送ロール２９、摩擦帯電ブレード３０、及びトナー２４用の撹拌機３１等が配設されている。
【０００４】
一般に、現像ロール２５は良導電金属軸体の外周上に半導電性弾性体層を被覆した構成であり、半導電性弾性体層は、ウレタンゴム、ＮＢＲ、ＥＰＤＭ、シリコーンゴム等の材料に、電子伝導性物質やイオン伝導性物質等の導電性付与剤を添加、配合することにより形成される。このような現像ロール２５においては、画像の高画質化のために、電気抵抗値（以下、抵抗値）を所望の値に均一かつ精度良く調整する必要がある。
【０００５】
導電性付与剤は、電子伝導性物質とイオン伝導性物質に大別される。電子伝導性物質は、抵抗値の環境変動は小さいけれども、抵抗値を均一に制御することが困難である。また、イオン伝導性物質は、抵抗値を均一に制御しやすいけれども、抵抗値の環境変動は大きい。
【０００６】
電子伝導物質としては、一般にカーボンブラックが用いられる。カーボンブラックにより、部分的な抵抗値のバラツキを小さくするためには、ベース樹脂との分散性が重要であり、シラン系、チタネート系、アルミネート系のカップリング剤をはじめ、界面活性剤や脂肪酸塩などの分散材が用いられてきた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現像ロール２５は感光ドラム２１と接触しているため、現像ロール２５の汚染の問題があり、また、現像ロール２５における半導電性弾性体層のベース樹脂が熱硬化樹脂のような反応性を有する場合、分散材の選択肢に制限があるので、抵抗値が均一な現像ロールを得ることが困難なことがある。前記抵抗値が均一でなければ、印字ムラのない画像が得られない。
【０００８】
本発明は、前記問題点を解決するためになされたもので、抵抗値が均一であり、印字ムラのない高品位の画像が得られる現像ロールとして有用な半導電性ロールを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、導電性軸体の周面に直接的又は間接的に半導電性弾性体層が設けられた半導電性ロールであって、前記半導電性弾性体層の表面に、酸性のカーボンブラックを１官能イソシアネートで処理して得られるカーボンブラックを含有するコーティング層を設けたものである。
【００１０】
また、前記コーティング層の母材は、ウレタン樹脂が好ましく、更に、前記コーティング層は、前記導電性軸体と該コーティング層の任意点との間の抵抗値の最大値を最小値で除した値が５０以下である抵抗値を有するものが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明による半導電性ロールの実施形態を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態における半導電性ロール１０は、導電性軸体１１と、導電性軸体１１の周面に、図１では軸体１１の外周面に被覆形成される円筒形の半導電性弾性体層１２を備え、更にこの半導電性弾性体層１２の外周表面にコーティング層１３が設けられたものである。なお、図示しないが、弾性体層１２は、他の弾性体層を介して軸体１１の周囲に設けられていてもよい。
【００１３】
コーティング層１３は、酸性のカーボンブラックを１官能イソシアネートで処理して得られるカーボンブラックを含有する。半導電性ロール１０において、導電性軸体１１とコーティング層１３との間の抵抗値は１Ｅ＋０４〜１Ｅ＋１０Ω程度に調整されていることが好ましい。
【００１４】
導電性軸体１１は、良好な導電性を有するものであれば、何れのものも使用し得るが、通常は鉄、アルミニウム、ＳＵＳ、真鍮などで構成された芯金のほか、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂などの絶縁性芯体の表面にメッキを施して導電化したもの、あるいは熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂などの導電性付与剤としてカーボンブラック、金属粉体などを配合した導電性樹脂で形成されたものなどが用いられる。導電性軸体１１は、その一端を接地するかバイアス電圧を印加することにより、潜像担持体の電圧、トナーへの電荷の注入及び潜像担持体から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。
【００１５】
半導電性弾性体層１２は、その材質、硬度及び強度について特に制限するものではないが、ゴム材料に導電材等を添加した弾性体でよい。ゴム材料としては、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム（エチレンプロピレンジエンゴムを含む）、エチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプロピレンゴム、天然ゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム等が挙げられ、これらの一種又はニ種以上の混合ゴムが用いられる。
【００１６】
コーティング層１３の母材として、ゴムあるいは樹脂が用いられる。樹脂としては、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、アミノ樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、アクリルウレタン樹脂、ウレタン樹脂、アルキッド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、シリコーン樹脂、ポリビニルブチラート樹脂等及びそれらの変性物又は混合物が挙げられ、特にウレタン樹脂が好ましい。また、導電材の他に、充填材や荷電制御材などの各種添加材が配合されてもよい。
【００１７】
コーティング層１３に含有する導電材は、酸性のカーボンブラックを化学式Ｒ−Ｎ＝Ｃ＝Ｏで表される１官能イソシアネートで処理して得られるカーボンブラック（以下、処理カーボンブラック）である。酸性のカーボンブラックとしては、カーボンブラック表面にフェノール性水酸基あるいはカルボキシル基が存在するものが好ましい。酸性ではないカーボンブラックではイソシアネートと反応性が低く効果がない。尚、酸性のカーボンブラックの集合体に電極を差し込んでｐＨ計で測定したｐＨ値は７未満であり、酸性でないカーボンブラックの場合のｐＨ値は７以上である。
【００１８】
酸性のカーボンブラックの処理は、適当な溶媒中で１官能イソシアネートとともに撹拌した後、未反応イソシアネートや溶媒を除去することにより行われ、必要に応じて触媒を用いることもできる。溶媒、処理時間及び処理温度を必要に応じて変化させることにより、前記処理により得られる処理カーボンブラックの分散度や抵抗値を確認できる。前記化学式Ｒ−Ｎ＝Ｃ＝ＯにおけるＲは芳香族、脂肪族、芳香脂肪族など、特に制限するものではない。
【００１９】
次に、前記処理カーボンブラックをコーティング層の母材である前記樹脂に分散させる。尚、樹脂への分散手法に制限はなく、ボールミル、サンドミル、アトライター、ロールミル、高速インペラー分散機、高速衝撃ミルあるいは超音波分散機などを用いればよい。また、前記処理カーボンブラックを分散させた樹脂の粘度を調整するために、前記樹脂を溶剤により希釈することも可能である。
【００２０】
また、コーティングの手法も制限されるものではなく、スプレー法、ディッピング法などで必要に応じた塗膜厚で被覆すればよい。尚、コーティング層１３と半導電性弾性体層１２との接着性を増すために、プライマーをアンカー材として設けることも可能である。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明に係わる半導電性ロールの実施例及び比較例について説明する。
【００２２】
（実施例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１２ｍｍ、長さ２５０ｍｍの金属軸体を用い、これにシリコーン系プライマーＮｏ．１６（商品名、信越化学工業社製）を塗布して、ギヤオーブン中で１５０℃、１０分間の焼き付け処理を施した。
【００２３】
また、半導電性弾性体層用の組成物として、シリコーン生ゴムであるＫＥ−７８ＶＢＳ（商品名、信越化学工業社製）１００重量部に、カーボンブラックであるサーマルブラック（商品名、旭カーボン社製）１０重量部、煙霧質シリカ系充填材であるアエロジエル２００（商品名、日本アエロジエル社製）２５重量部、シリコーンパウダーであるＫＭＰ５９８（商品名、信越化学工業社製）５０重量部、有機過酸化物系加硫剤であるＣ−８（商品名、信越化学工業社製）２重量部を添加してミキシングロールで混合し、円筒形キャビティーからなる圧縮成形金型にて、１７５℃、１０分間、前記導電性軸体の外周上へ加硫接着成形した。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、直径が２０ｍｍ、平均抵抗値が５Ｅ＋０６Ωの半導電性ロールである基材ロールを得た。
【００２４】
また、溶媒である酢酸イソブチル中でｐＨ５の酸性のカーボンブラックである酸性のチャンネルブラックに１官能イソシアネートであるＣ６Ｈ５−ＮＣＯを１重量部添加し、窒素雰囲気下で１時間還流させた後、水を加え、減圧下で乾燥させて処理カーボンブラックを得た。
【００２５】
次に、コーティング層の母材である２液タイプのウレタン系塗料であるダイプラコートＳＯ（商品名、大日精化工業社製）のプレポリマー液に、前記処理カーボンブラックを５重量部添加し、ビーズミルにて分散後、イソシアネート液と混合し、スプレー法で前記基材ロールへ膜厚２０μｍで塗工し、ギアオーブン中で２００℃、３０分間乾燥、硬化させて、処理カーボンブラックを含有するウレタン樹脂のコーティング層を設けた半導電性ロールを得た。
【００２６】
（実施例２）
実施例１におけるコーティング層で用いるｐＨ５の酸性のカーボンブラックをｐＨ４の酸性のカーボンブラックとした以外は、実施例１と同様にして半導電性ロールを得た。
【００２７】
（実施例３）
実施例１におけるコーティング層で用いるｐＨ５の酸性のカーボンブラックをｐＨ３の酸性のカーボンブラックとした以外は、実施例１と同様にして半導電性ロールを得た。
【００２８】
なお、ｐＨの測定はＪＩＳ  Ｋ  ６２２１による。即ち、試料１〜１０ｇをビーカーに量り採り、試料１ｇにつき１０ｍｌの割合で水を加え、時計皿で覆い、１５分間煮沸する。試料をぬれやすくするため、エタノール数滴を加えてもよい。煮沸後室温まで冷却し、傾斜法又は遠心分離法によって上澄み液を除去して、泥状物を残す。この泥状物中にガラス電極ｐＨ計の電極を入れ、ＪＩＳ  Ｚ  ８８０２（ｐＨ測定法）によってｐＨを測定する。この場合、電極の挿入位置により測定値が変化することがあるから、ビーカーを動かして電極の位置を変えて電極面と泥状面が十分に接触するように注意して量り、ｐＨ値が一定になったときの値を読む。粒状試料の場合は、ガラス板と金属へら又は乳鉢と乳棒で軽く砕いたものを用いる。前記水は、ＪＩＳ  Ｋ  ００５０に規定されたものでｐＨ６．８〜７．１のものを用いる。前記エタノールは、ＪＩＳ  Ｋ  ８１０１［エタノール（９９．５）［エチルアルコール（９９．５）］］（試薬）に規定された特級又は１級品を用いる。前記ガラス電極ｐＨ計は、ＪＩＳ  Ｋ  ８８０２に規定された形式Ｉ〜ＩＩＩを用いる。ピンホール形の電極は完全な洗浄が困難で穴を詰めやすいので、なるべくスリーブ形を使用し、使用の都度よく洗い、穴を詰めないように注意する。
【００２９】
（比較例１）
実施例１におけるコーティング層で用いるｐＨ５の酸性のカーボンブラックを処理しない未処理カーボンブラックとして、これを含有するウレタン樹脂のコーティング層とした以外は、実施例１と同様にして半導電性ロールを得た。
【００３０】
（比較例２）
実施例１におけるコーティング層で用いるｐＨ５の酸性のカーボンブラックをｐＨ９のアルカリ性のカーボンブラックとした以外は、実施例１と同様にして半導電性ロールを得た。
【００３１】
前記実施例１から比較例２で得られた半導電性ロールを、市販の負帯電トナーを用いた電子写真式プリンターの現像ロールとして装着し、温度２５℃、湿度６０％ＲＨの条件下で、下記項目の測定を行った。結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
0004372332.tif 000002
【００３３】
（試験項目）
（１）平均抵抗値
幅２ｍｍ、直径８ｍｍのベアリング状の電極をロール表面に１０ｇの荷重で接触させ、該電極と前記導電性軸体間へ１００Ｖの電圧を印加した時の電流値から、各電極の位置での抵抗値を算出する。前記電極の位置を周方向で１００ポイント、幅方向で１００ポイント、計１００００ポイントの均等間隔の測定点として、各測定点において得られた抵抗値の平均値を算出して平均抵抗値とした。
【００３４】
（２）抵抗値バラツキ
前記１００００ポイントの測定点における抵抗値の最大値を最小値で除した値を算出して抵抗値バラツキとした。
【００３５】
（３）印字ムラ
評価用画像パターンをグレイトーンで印字し、濃度ムラの有無を評価した。
【００３６】
前記表１に示すように、酸性のカーボンブラックを１官能イソシアネートで処理した処理カーボンブラックを含有するコーティング層を有する半導電性ロールの実施例１から実施例３においてのみ、平均抵抗値が１Ｅ＋０４〜１Ｅ＋１０Ωの範囲内であり、抵抗値バラツキが５０以下であり、且つ印字ムラのない高品位な画像パターンが得られた。
【００３７】
尚、本発明の実施形態の半導電性ロールは、現像ロールばかりではなく、画像形成装置におけるその他のロールとして用いることも可能である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、半導電性ロールの抵抗値がほぼ均一であるので、該導電性ロールを現像ロールとして用いたプリンタなどの画像形成装置において、印字ムラのない高品位な画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導電性ロールの実施形態を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。
【図２】従来の画像形成装置の説明図である。
【符号の説明】
１０  半導電性ロール
１１  導電性軸体
１２  半導電性弾性体層
１３  コーティング層
２０  画像形成装置
２１  感光ドラム
２２  帯電ロール
２３  ＬＥＤアレイ
２４  トナー
２５  現像ロール
２６  記録紙
２７  転写ロール
２８  クリーニングロール
２９  トナー搬送ロール
３０  摩擦帯電ブレード
３１  撹拌機
【図１】
0004372332.tif 000003
【図２】
0004372332.tif 000004