(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性軸体の外周面に、シリコーンゴムからなる半導電性弾性層を介して、カスケード式接触帯電測定装置を用いて測定したときの接触帯電量が０．８〜６．０（ｎＣ）であるポリウレタン樹脂層を被覆してなり、ポリウレタン樹脂層被覆前のロール抵抗Ｒ1とポリウレタン樹脂層被覆後のロール抵抗Ｒ2が、
式：２．１＜Ｌｏｇ（Ｒ2／Ｒ1）＜３．２
を満足するものであることを特徴とする現像ロール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式のＯＡ機器において、帯電特性に優れた現像ロールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＯＡ機器の中で電子写真方式を採用する複写機、ＬＢＰ（レーザービームプリンター）、ファクシミリなどの静電記録装置の現像工程では、現像ローラ上に摩擦帯電トナーの薄層を形成し、そのトナー薄層が現像ローラと感光体を接触させることで感光体上の潜像を現像する。この場合、トナーは主としてトナーと現像ローラ及びトナーと現像ブレードとの間の摩擦帯電によって所定の帯電量に帯電され、現像ローラに圧接された現像ブレードによって層厚を規制された後、感光体表面に運ばれ、その上に形成された静電潜像に静電力により付着することで可視像となる。現像ローラに求められる性質には、適当な表面粗さを有し、均一な層厚が得られること、耐久性に優れること、安定した帯電特性を有することなどが挙げられる。
【０００３】
現像ローラは上記のとおり、表面に接触したトナーを摩擦帯電させる機能を担っている。一般に組成の異なる２物質間の摩擦帯電においては、接触・分離した両者の表面に等量で逆符号の電荷を生じる。正・負どちらに帯電するかは２物質の相対的な関係（接触帯電序列）で、その帯電容量は物質固有の静電容量にて規定される。帯電状態は接触する２物質間の相対的な関係により変化するため、一方の物質の正帯電性・負帯電性、帯電量、帯電安定性などの帯電特性は、もう一方の物質の帯電特性に大きく影響する。つまり、現像ロールの帯電特性は、現像装置内部においては摩擦帯電トナーの帯電量・トナー層厚・トナー消費量・トナー離型性に、実際の画像としては黒ベタ濃度（マクベス濃度）・カブリの発生・白ヌケと深く関係している。現在、現像ロール上に形成されるトナー薄層は、磁性一成分現像の場合、付着量で 0.6〜1.2mg/cm2 、層厚では30〜60μｍに相当し、非磁性一成分現像では付着量で 0.5〜1.1mg/cm2 、層厚では20〜30μｍが一般的な値として用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
現在用いられているシリコーンゴムを原材料に用いた現像ロールは、▲１▼他種類のゴムと比較して耐環境性に優れ、弾性体としての特性が長期にわたり安定している、▲２▼摩擦帯電したトナーの帯電量分布がシャープである、▲３▼ロール表面にトナーによるフィルミングが起こりにくいなどの利点がある。しかし、近年の印字速度高速化に伴い、トナー帯電量が不足し、画像上の問題としてカブリや印字濃度不足などが発生した。また高画質化に対応して現像ロール表面のトナー層の薄膜化が求められている。これに対し、シリコーンゴムからなる半導電性弾性層に変性シリコーンオイルを添加してロールの帯電量をコントロールする方法や、ロール表面粗さを変化せることで機械的なトナー搬送力をコントロールする方法が採用されているが、前者においてはオイルのブリードによるトナー流動性の低下、ロール及び感光体へのフィルミング、シリコーンゴムの弾性物質性変化の問題が、後者においてはトナー層厚の不均一と、それに伴うトナー帯電量分布のブロード化の問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、弾性体としてのシリコーンゴムの耐環境特性を損なうことなく、安定した摩擦帯電特性を有し、トナーに対して十分な帯電量を付与することのできる現像ロールを提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の現像ロールは、導電性軸体の外周面に、シリコーンゴムからなる半導電性弾性層を介して、カスケード式接触帯電測定装置を用いて測定したときの接触帯電量が０．８〜６．０（ｎＣ）であるポリウレタン樹脂層を被覆してなり、ポリウレタン樹脂層被覆前のロール抵抗Ｒ1とポリウレタン樹脂層被覆後のロール抵抗Ｒ2が、
式：２．１＜Ｌｏｇ（Ｒ2／Ｒ1）＜３．２
を満足するものであることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の現像ロールの実施の形態を、例示した図１に基づいて詳細に説明する。図１（ａ）は本発明の現像ロールの斜視図、図１（ｂ）はその縦断面図である。１は導電性軸体、２はその外周面に形成されたシリコーンゴムからなる半導電性弾性層（以下、単に半導電性弾性層とする）、３はこの半導電性弾性層２を被覆して形成された上記ポリウレタン樹脂層（以下、単にポリウレタン樹脂層とする）である。
【０００９】
上記現像ロールにおいて、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、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、または熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などに導電性付与剤としてのカーボンブラック、金属粉末などを配合した導電性樹脂で成形されたものなどが用いられる。これらの導電性軸体１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、潜像担持体の帯電、トナーへの電荷の注入、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。
【００１０】
半導電性弾性層２の形成には、例えば、ジメチ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ポリオルガノシロキサン生ゴムの少なくとも１種に、必要に応じて煙霧質シリカ、沈降性シリカなどの補強性シリカ充填剤を添加して調製したシリコーンゴムコンパウンドに、導電性付与剤としての、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、酸化錫等の金属酸化物；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の少なくとも１種を混合した後、さらに加硫剤や増量剤を添加してなるシリコーンゴム組成物が用いられる。
【００１１】
この加硫剤としては、例えばベンゾイルパーオキサイド、ビス２，４−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサンなどの過酸化物、および１分子中にケイ素原子と結合する水素原子を２個以上有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンと触媒量の白金系触媒を添加したものが挙げられる。これら各成分の混合に際しては、加圧ニーダー、バンバリーミキサー、ミキシングロール、プラネタリーミキサーなどを用いる、従来のシリコーンゴムコンパウンド混練方法で行えばよい。
【００１２】
ポリウレタン樹脂層３の形成に用いられるポリウレタン樹脂は、上記したように、カスケード式接触帯電測定装置を用いて測定したときの接触帯電量が０〜15（nC）のものである。ここで接触帯電量とは、カスケード式接触帯電測定装置：TS-100AT（東芝ケミカル社製、商品名）を用い、以下に示す条件で測定したときの値である。
【００１３】
この装置の概略を図２に示す。本装置は球形の基準接触粉体11を使用して、これをホッパー12から60°の傾斜板（試料板）13に流しかけ、絶縁板14上の金属容器15に受け入れる接触帯電量測定器で、16はコンデンサー、17は接触帯電量測定用のエレクトロメーターである。この測定器では高精度の測定が可能で、固体表面の化学組成の極めてわずかな変化をＥＳＣＡ（Electron Spectroscopy for Chemical Analysis の略、固体表面や化学結合状態を分析する電子分光法の一種）並みの感度で検知することができる。本測定には基準接触粉体として表面をシリコーン樹脂で処理した球型フェライト粉（粒径 100μｍ）を、試料板として表面を研磨したＳＵＳ板（75× 100mm）に各ポリウレタン樹脂を膜厚20μｍで被覆したものを用いる。流しかけ時間は５秒で、測定毎に試料面の新しい部分に粉体が流れるように注意しながら同一試料板で３回測定を行い、この平均値を被覆樹脂表面の接触帯電量とする。これらの測定は25℃、60％ＲＨの雰囲気下で行われる。
【００１４】
本発明に適用される上記接触帯電量を有するポリウレタン樹脂は、ポリエーテルポリオールもしくはポリエステルポリオールと芳香族ポリイソシアネートもしくは脂肪族ポリイソシアネートとの反応によって得られる樹脂で、有機溶媒に溶解・分散してコーティング可能なもの、またはウレタン骨格に親水性官能基を有する自己乳化型の水性タイプのものである。上記ポリオールとポリイソシアネートの選択の際には、ポリイソシアネートの有機溶媒に対する溶解性と、ポリオールに対する相溶性の高いものを選ぶのが望ましい。また生成したウレタン樹脂の帯電特性は主にその側鎖にある官能基により変化するので、ポリオール選択時には官能基が電子受容性であるか電子供与性であるかに注意しなければならない。
【００１５】
ポリエーテルポリオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどの低分子ポリオール類、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリレンジアミンなどのアミン類またはポリフェノール類に、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイドなどのアルキレンオキサイドを付加して得られる、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなどが挙げられ、ポリエステルポリオールとしては、前記低分子ポリオール類とアジピン酸、フタル酸などのジカルボン酸との脱水縮合反応により得られる、ポリカプロラクトン、ポリカーボネートポリオールなどが挙げられる。
【００１６】
他方、芳香族ポリイソシアネートの例としては、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート、トリジンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネートなどが、また脂肪族ポリイソシアネートの例としては、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、水添キシリレンジイソシアネート、ダイマー酸ジイソシアネート、テトラメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネートメチルエステルなどが挙げられる。
【００１７】
半導電性弾性層２の表面に被覆するポリウレタン樹脂層の膜厚は５μｍ〜 100μｍの範囲が好ましい。これが５μｍ未満では十分な機械的強度が保てず、ポリウレタン樹脂層の剥離が発生してトナー帯電量の不均一化がおこり、カブリ・白抜けなどの画像不良となる。また 100μｍより大きいと、帯電量の不均一化や、表面弾性低下によりトナーへダメージを与えるようになり、好ましくない。
【００１８】
本発明の現像ロールの表面に発現する摩擦帯電性、すなわちトナー帯電性は、被覆されたポリウレタン樹脂層の帯電特性のみならず、シリコーンゴムからなる半導電性弾性層の体積抵抗値とポリウレタン樹脂層の体積抵抗値との関係によっても変化する。すなわち、ポリウレタン樹脂層被覆前のロール抵抗Ｒ1  とポリウレタン樹脂層被覆後のロール抵抗Ｒ2が式：２．１＜Ｌｏｇ（Ｒ2／Ｒ1）＜３．２を満たすことが好ましい。
【００１９】
本発明の現像ロールの成形にあたっては、導電性軸体と半導電性弾性層形成用のシリコーンゴム組成物を金型内で同時に加熱・加圧するプレス成形方法、導電性軸体と上記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（赤外線）炉で一次加硫する押出成形方法、導電性軸体を成形金型内にセットした後、この金型内に上記組成物を注入し加熱する射出成形方法等が用いられる。その後ギアーオーブン等を用いて二次加硫を行い物性の安定化を図ることもできる。この場合の二次加硫温度は通常１００〜２２５℃の範囲が好ましい。
【００２０】
より低硬度の現像ロールを得たい場合は、上記組成物に有機発泡剤を添加したものを調製し、上記の方法で加熱硬化・発泡させて得た発泡弾性体層の外周面に非発泡弾性体層を設ければよい。この有機発泡剤としては、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）、アゾジカルボン酸アミド（ＡＤＣＡ）などが適している。この添加量は上記組成物 100重量部に対し、 0.5〜５重量部の範囲が好ましく、これが 0.5重量部未満では十分に発泡せず、５重量部を超えて添加すると機械強度が低下してしまうので好ましくない。
【００２１】
このような条件で成形されたロール状成形物は、そのまま、或いはロール状成形物の外周面を円筒研削盤によって表面研磨した後、ポリウレタン樹脂層の被覆を行う。その際、半導電性弾性層とポリウレタン樹脂層との接着性を高めるために、半導電性弾性層の表面にプライマーを塗布したり、表面に紫外線を照射することにより、表面の凹凸の大きさと密度を調整することもできる。ポリウレタン樹脂層の形成は、その材料の形態に適した方法、例えば、溶剤系のものはスプレーコート法やディッピング法で、フィルム状成形物ではフィルムのチューブをロールにかぶせるなどの方法で行えばよい。
【００２２】
【実施例】
以下、実施例および比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例の記載に限定されるものではない。
【００２３】
（実施例１）
導電性軸体として、ＳＵＭ２２に無電解ニッケル鍍金した直径10mm、長さ 400mmのシャフトを用い、これにシリコーン系プライマーNo.101ＡとNo.101Ｂ（いずれも信越化学工業社製、商品名）を１：１で混合したものを塗布し、ギヤーオーブン中で 150℃、10分間焼き付け処理を施した。半導電性弾性層形成用の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（同前） 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剤・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、更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。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 320mmで、導電性軸体の外周面にソリッド状の半導電性弾性層を備えたロール状成形品を得た。
【００２４】
次に、上記ロール状成形品の表面にプライマーＫＢＰ−４０を塗布した後、この表面に２液タイプのウレタン系塗料：ダイプラコートソフトＳＯ（大日精化工業社製、商品名）をスプレー塗装機にて膜厚２０μｍで塗工し、ギヤーオーブン中で２００℃、３０分乾燥・硬化させてポリウレタン樹脂層とし、本発明の現像ロールを得た。同時に接触帯電量測定用に表面を研磨したＳＵＳ板（７５×１００ｍｍ）にスプレー塗装機にて上記ウレタン系塗料を膜厚２０μｍで塗工し、ギヤーオーブン中で２００℃、３０分乾燥・硬化させた試料板も作製して、以下に示す方法により測定・評価を行った。
【００２５】
〈塗膜の接触帯電量測定〉
基準接触粉体として表面をシリコーン樹脂で処理した球型フェライト粉（粒径 100μｍ）を、試料板として表面を研磨したＳＵＳ板（75× 100mm）に各ポリウレタン樹脂を膜厚20μｍで被覆したものを用いた。流しかけ時間は５秒で、測定毎に試料面の新しい部分に粉体が流れるよう注意しながら同一試料板で３回測定を行い、その平均値を被覆樹脂表面の接触帯電量とした。これらの測定は25℃、60％ＲＨの雰囲気下で行った。
【００２６】
〈初期および耐久後マクベス濃度〉
電子写真式プリンターでの５００枚連続印字試験（連続印字用パターン使用）を行い、その５枚目と５００枚目の印刷が終了時点で、評価用パターン（黒ベタ、網点、５％デューティー、白地印字など、一連の印字パターンで１セットとなっている）を印字、それぞれの５％デューティー画像の黒マス部マクベス濃度を、マクベス濃度計を用いて測定し、その値が１．４５以上のものを合格とした。
【００２７】
〈初期および耐久後カブリ〉
電子写真式プリンターでの 500枚連続印字試験（連続印字用パターン使用）を行い、その５枚目と 500枚目の印刷が終了時点で、評価用パターン（黒ベタ、網点、５％デューティー、白地印字など、一連の印字パターンで１セットとなっている）を印刷、それぞれの５％デューティー画像の黒マス下白地部 0.5×１mm範囲におけるカブリ点をＣＣＤカメラ（200 倍）にて拡大・計測し、その数が15以下のものを合格とした。
【００２８】
〈初期および耐久後黒ベタ追従性〉
電子写真式プリンターでの 500枚連続印字試験（連続印字用パターン使用）を行い、その５枚目と 500枚目の印刷が終了時点で、評価用パターン（黒ベタ、網点、５％デューティー、白地印字など、一連の印字パターンで１セットとなっている）を印刷、それぞれの黒ベタ画像のマクベス濃度をロール周期毎に（１画像につき６点）測定、１点目と６点目での濃度変化率を算出して、その値が0.98以上のものを合格とした。
【００２９】
（実施例２）
ウレタン系塗料として、ダイプラコートソフトＳＯ（前出）の替わりに、これにオプライト（結晶性シリカ）を１０重量％加えたものを用いたほかは、実施例１と同様にして、本発明の現像ロールと試料板を作製した。この両者を用いて実施例１と同様の方法で試験を行った。
【００３０】
（参考例）
ウレタン系塗料として、ダイプラコートソフトSO（前出）の替わりに、これにクリスタライト（龍森社製、商品名、結晶性シリカ）を10重量％加えたものを用いたほかは、実施例１と同様にして、現像ロールと試料板を得た。この両者を用いて実施例１と同様の方法により試験を行った。表１に示すように黒マス部マクベス濃度が不合格となった。
【００３１】
（比較例１）
ダイプラコートソフトSO（前出）の替わりに、１液タイプのウレタン系塗料：ダイプラコートソフトMH（同前）を用いたほかは、実施例１と同様にして、現像ロールと試料板を得た。この両者を用いて実施例１と同様の方法により試験を行ったところ、表１に示すようにカブリ点数と黒ベタ追従性が不合格となった。
【００３２】
（比較例２）
ダイプラコートソフトＳＯ（前出）の替わりに、フッ素系塗料：ＧＬＳ２１３（ダイキン工業社製、商品名）を用いたほかは、実施例１と同様にして、現像ロールと試料板を得た。この両者を用いて実施例１と同様の方法により試験を行ったところ、表１に示すように黒マス部マクベス濃度、カブリ点数、黒ベタ追従性が不合格となった。
【００３３】
【表１】
0004251583.tif 000002
【００３４】
【発明の効果】
本発明の現像ロールによれば、弾性体としてのシリコーンゴムの耐環境特性を損なうことなく、安定した摩擦帯電特性を有し、トナーに対して十分な帯電量を付与することができる。その結果、ロール表面に均一なトナー層を形成することが可能となり、カブリ、かすれのない優れた画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の現像ロールに係り、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は縦断面図である。
【図２】  本発明で使用する接触帯電量の測定装置の斜視図である。
【符号の説明】
１…導電性軸体、
２…半導電性弾性層、
３…ポリウレタン樹脂層、
１１…基準接触粉体、
１２…ホッパー、
１３…傾斜板（試料板）、
１４…絶縁板、
１５…金属容器、
１６…コンデンサー、
１７…接触帯電量測定用エレクトロメーター。
【図１】
0004251583.tif 000003
【図２】
0004251583.tif 000004