(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性一成分現像剤により、静電潜像を可視像化する現像装置であって、
少なくとも、前記現像剤と接触する表面層が、疎水化度７０％以上の疎水性シリカを含む半導電性シリコーンゴム組成物で形成されている現像ローラを備えた現像装置。
【請求項２】
非磁性一成分現像剤により、静電潜像を可視像化する現像装置であって、
少なくとも、前記現像剤と接触する表面層が、
A）下記平均組成式（I）で表されるオルガノポリシロキサン
ＲｎＳｉＯ                  （I）
（式中Ｒは、同一又は異なる、置換又は非置換の一価炭化水素基であり、ｎは1.95〜2.05の正数である。）；
B）平均粒径が１〜３０μｍの球状シリコーンエラストマ粒子；
C）導電性材料、及び
D）疎水化度７０％以上の疎水性シリカを含む半導電性シリコーンゴム組成物で形成されている、現像ローラを備えた現像装置。
【請求項３】
前記疎水性シリカが、ジメチルクロロシラン、ヘキサメチルシラザン及びオクチルシランからなる群から選ばれた少なくとも１種の有機ケイ酸化合物で疎水化処理されたものである、請求項１記載の現像装置。
【請求項４】
前記疎水性シリカが、シリコーンオイルで疎水化処理されたものである請求項１記載の現像装置。
【請求項５】
前記疎水性シリカが、アミノシランカップリング剤で処理した後、有機ケイ酸化合物で疎水化処理されたものである、請求項１記載の現像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写機等に採用されている電子写真式プリンタの現像装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、非磁性一成分現像剤により、静電潜像を可視像化する現像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プリンタ、ファクシミリ、複写機等には、出力画像の印刷のために、電子写真式プリンタが広く採用されている。こうした電子写真式プリンタには、その小型軽量化、及び低価格化を図り、信頼性を向上するために、一成分現像方式による現像装置が用いられている。また、電子写真のカラー化を行うには、透明度が高い、非磁性一成分現像方式の現像装置が有利と考えられており、当該現像装置はますます広く普及するものと予想されている。
【０００３】
しかし、従来の現像装置は、予め充填されている現像剤であるトナーが消費された時点で、廃棄され、再利用されていなかった。このため、資源及び製造時のエネルギーを浪費することなり、また廃棄された該現像装置が産業廃棄物となるので、その処理も問題となっていた。また、該現像装置の回収、再利用も試みられているが、ランニングコストが高くなるという問題があった。
【０００４】
これらの問題を克服するために、トナーを詰めたカートリッジを交換して使用する、10,000枚から30,000枚印字可能な長寿命の現像装置が実用化されている。この現像装置では、トナーに対する現像装置の耐摩耗性を向上させ、長寿命化を図るために、重合法で製造される球状トナーが使用されている。
この該球状トナーは、粉砕法で製造されるトナーと比較し、現像装置の部品、特に、現像ローラに対する摩耗が少ないため、長寿命化に有利であるが、一方、トナーが球状であるため滑り易く、トナー層形成性が悪いので、現像ローラとトナー規制ブレードとでトナー層を形成する場合、現像ローラの表面に、十分な凸凹が形成されている必要があった。
【０００５】
このような必要を満たすために、特開平８−８２９９５２号公報に開示されているような新たな現像ローラが開発された。該現像ローラは、その表面層を形成するシリコーンゴム組成物に、球状シリコーンエラストマ粒子（以下シリコーンパウダー）等を混合することにより、使用状態で該現像ローラの表面が磨耗した場合、ベースのシリコーンゴム組成物とシリコーンパウダーの磨耗特性の差により表面が常に凸凹になるものである。その結果、該現像ローラ表面に、トナー規制部材により適切な量のトナーが長期にわたり供給され、該現像ローラは良好な印字品質を10,000枚から30,000枚維持するできるのである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
既に紹介したような改良された現像ローラを現像装置に用いた場合に、高温多湿下では、白抜け印字が生じて、印字画質が低下するという問題があった。また、室温の環境下でも、長期間使用をすると、トナーの帯電特性が低下して、感光ドラム上に逆帯電トナーが発生し、いわゆるカブリがひどくなる等の現象が見られるという問題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために研究を行ったところ、次のような知見を得た。
すなわち、特開平８−８２９９５２号公報に開示されているような現像ローラは、印字動作により、そのシリコーンゴム表面層がトナーを介して擦られるので、シリコーンゴム表面層からシリコーンパウダーが脱落し、同時に該シリコーンゴムに添加されているシリカも該表面層から脱落する。そして、該シリカは、高温多湿下で水分を吸収して感光ドラム側に吸着し、白抜け印字を生じさせる。さらに、該シリカは、室温の環境下でも、現像ローラの表面に付着して、水分を吸収し、トナーの電荷を低下させるので、トナーの帯電特性が低下させ、感光ドラム上に逆帯電トナーを発生させて、いわゆるカブリをひどくする。
【０００８】
そして、本発明者らは、所定の組成を有する半導電性シリコーンゴム組成物と、有機ケイ酸化合物で処理された疎水性シリカとを含む表面層を有する現像ローラを用いると、現像ローラの表面層が経時的に磨耗しても、該表面層の表面粗度が一定であり、トナーに対する摩擦帯電性が安定し、かつ室温環境が変化しても抵抗値が変わらないので、前記問題点が解消できるという知見を得た。本発明は、かかる知見に基づき完成されたものである。
【０００９】
本発明は、非磁性一成分現像剤により、静電潜像を可視像化する現像装置であって、少なくとも、前記現像剤と接触する表面層が、疎水化度７０％以上の疎水性シリカを含む半導電性シリコーンゴム組成物で形成されている、現像ローラを使用する。
また、本発明の現像装置は、少なくとも、前記現像剤と接触する表面層が、
A）下記平均組成式（I）で表されるオルガノポリシロキサン
ＲｎＳｉＯ                  （I）
（式中Ｒは、同一又は異なる、置換又は非置換の一価炭化水素基であり、ｎは1.95〜2.05の正数である。）
B）平均粒径が１〜３０μｍの球状シリコーンエラストマ粒子
C）導電性材料、及び
D）疎水化度７０％以上の疎水性シリカを含む半導電性シリコーンゴム組成物で形成されている、現像ローラを使用する。
【００１０】
さらに、上記現像ローラは、疎水性シリカが、ジメチルクロロシラン、ヘキサメチルシラザン及びオクチルシランからなる群から選ばれた少なくとも１種の有機ケイ酸化合物で疎水化処理されたものであることが好ましい。
【００１１】
また、上記現像ローラは、疎水性シリカが、シリコーンオイルで疎水化処理されたものであることが好ましい。
また、上記現像ローラは、疎水性シリカが、アミノシランカップリング剤で処理した後、有機ケイ酸化合物で疎水化処理されたものであることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
〈シリカ微粒子とその製造〉
本発明では、従来から現像ローラの製造に用いられていたシリカ微粒子を、特に制限なく使用することができる。本発明で用いるシリカ微粒子の例を挙げると、無水二酸化ケイ素（シリカ）、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸亜鉛等のケイ酸塩等がある。
なお、該シリカ微粒子は、通常、乾式法及び湿式法で製造されたものである。
ここで、乾式法とは、ケイ素ハロゲン誘導体の蒸気相を酸化することにより生じるシリカ微粉体の製造法である。例えば、四塩化ケイ素ガスを酸素・水素混合気中にて、熱分解酸化反応させる方法があり、基礎となる反応式は次のとおりである。
SICL4＋２H2＋O2  →  SiO2＋４HCL
【００１３】
また、この乾式法では、例えば、塩化アルミニウム又は、塩化チタン等他の金属ハロゲン誘導体とともに反応させることよって、シリカと他の金属酸化物の複合微粉体を得ることができる。本発明のシリカ微粒子には、これら複合微粉体も含まれる。
また、湿式法は、公知の方法が適用できる。例えば、ケイ酸ナトリウムの酸による分解であり、一般反応式で示せば下記のとおりである。
Na2・XSiO2＋HCl＋H2O  →  Si2・nH2O + NaCl
【００１４】
さらに、本発明のシリカ微粒子は、ケイ酸ナトリウムのアンモニア塩類又はアルカリ塩類による分解、ケイ酸ナトリウムからアルカリ土類金属ケイ酸塩を生成した後、酸で分解しケイ酸にする方法、ケイ酸ナトリウム溶液をイオン交換樹脂によりケイ酸にする方法、天然ケイ酸又はケイ酸塩を利用する方法等で製造される。
この方法により得られたシリカ微粒子は、粒径が10〜100μｍ程度のものとなる。
【００１５】
〈シリカ微粒子の疎水化処理〉
本発明では、前記シリカ微粒子を疎水化処理したものを使用する。この疎水処理は、有機ケイ酸化合物、シリコーンオイル、又はアミノ系カップリング剤で前処理した後、有機ケイ酸化合物を用いて行う。
このような疎水化処理を、例えば次のような条件で行えば、シリカ微粒子の疎水性を７０％以上に選定することができる。
【００１６】
（有機ケイ酸化合物を用いる疎水化処理）
まず、有機ケイ酸化合物で疎水処理を行う方法を説明する。有機ケイ酸化合物は、そのままで、又は有機溶媒で希釈して用いる。
有機溶媒としては、ジブチルアミン、トリメチルアミン等が好ましい。
該有機ケイ酸化合物の使用量は、通常、シリカ微粒子100重量部に対し、0.1〜１０重量部、好ましくは１〜５重量部、特に好ましくは１〜２重量部とするのが適当である。このように使用量を制限するのは、0.1重量部よりも少ないとシランやポリシロキサンの切断が十分に行われずにシリカ微粒子にシラノール基やシロキサン基が付加されないためであり、１０重量部よりも多いと有機溶媒の除去に時間がかかるからである。
【００１７】
本発明で用いる有機ケイ素化合物の例を挙げると、ヘキサメチルジシラザン、トリメチルシラン、トリメチルクロロシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジクロルシラン、メチルトリクロルシラン、アリルジメチルクロルシラン、アリルフェニルジクロルシラン、ベンジルジメチルクロルシラン、ブロムメチルジメチルクロルシラン、α−クロルエチルトリクロルシラン、ρ−クロルエチルトリクロルシラン、クロルメチルジメチルクロルシラン、トリオルガノシリルメルカプタン、トリオルガノシリルアクリレート、ビニルジメチルアセトキシシラン、ジメチルエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ヘキサメチルジシロキサン、1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン、及び1,3−ジフェニルテトラメチルジシロキサンがあり、さらに１分子当たり２から１２個のシロキサン単位を有し、末端に位置する単位に、ケイ素に結合した水酸基をそれぞれ１個有するジメチルポリシロキサン等がある。これらの化合物は、単独または２種以上組み合わせて使用することができる。
【００１８】
（シリコーンオイルを用いる疎水化処理）
前記シリカ微粒子をシリコーンオイルを用いて疎水化処理することができる。この場合、シリコーンオイルは、そのままで、又は有機溶媒で希釈して用いる。有機溶媒としては、ジブチルアミン、トリメチルアミン等が好ましい。シリコーンオイルの使用量は、通常、シリカ微粒子の粉体100重量部に対して、0.1〜１０重量部、好ましくは１〜５重量部、特に好ましくは１〜２重量部とするのが適当である。このように使用量を制限するのは、有機ケイ酸化合部を用いる場合と同一理由による。
【００１９】
該疎水化処理は、シリカ微粒子の粉体にシリコーンオイルをそのままで、あるいは有機溶媒で希釈した液で添加し、ヘンシェルミキサー等の混合機を用いて混合した後、溶媒を用いた場合は風乾で溶媒を除去する。その後、加熱あるいは硬化溶媒を用い、室温から300℃までの温度条件で、数分から数日かけて、シリコーンオイルを硬化あるいは湿潤させることにより、シリカ微粒子を疎水処理する。この疎水化処理を行う温度及び処理時間は、主にシリコーンオイルの種類によって変化する。
【００２０】
本発明で用いる、好ましいシリコーンオイルの例を挙げると、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイル、シラノール変性シリコーンオイル、アルキル変性シリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル、エポキシ変性シリコーンオイル、フロロシリコーンオイル、シリコーンポリエステル共重合体等ある。特に、これらのでも、疎水化処理の容易さや撥水性能等から見て好ましいものは、ジメチルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイル、シラノール変性シリコーンオイルである。
【００２１】
ジメチルシリコーンオイルは、粘度が10〜2,000csの範囲のものが好ましく、そのままで用いるか、あるいは有機溶媒で希釈して用いる。希釈する場合、シリカ微粒子の微粉体100重量部に対して、ジメチルシリコーンオイルを0.1〜１０重量部の割合で添加するのが好ましい。疎水化処理は、まず、シリカ微粒子の粉体にジメチルシリコーンオイルを添加し、ヘンシェルミキサー等で混合し、次いで有機溶媒を使用した場合は風乾して有機溶媒を除去し、100℃〜300℃で、１０分から１０時間硬化あるいは湿潤化させ、疎水化処理する。
【００２２】
メチルハイドロジェンシリコーンオイルは、そのままで用いるか、あるいは有機溶媒で希釈して用いる。希釈する場合、シリカ微粒子の微粉体100重量部に対して、メチルハイドロジェンシリコーンオイルを0.1〜１０重量部の割合で添加するのが好ましい。疎水化処理は、まず、シリカ微粒子の粉体にジメチルシリコーンオイルを添加し、ヘンシェルミキサー等で混合し、次いで有機溶媒を使用した場合は風乾して有機溶媒を除去し、100℃〜200℃で、0.5から５時間熱処理して硬化あるいは湿潤させて、疎水化処理する。
【００２３】
また、必要に応じて、オクチル酸亜鉛、オクチル酸錫、又はジブチル錫ジラウレート等の触媒を、メチルハイドロジェンシリコーンオイル100重量部に対して、0.1〜５重量部添加する。この場合、有機溶媒を使用した時は風乾して溶媒を除去し、室温から200℃で、0.5〜２４時間かけて硬化あるいは湿潤させ、疎水化処理する。
【００２４】
また、シラノール変性シリコーンオイルを用いる場合は、該シラノール変性シリコーンオイル100重量部に対して、メチルハイドロジェンシリコーンオイルやメチルアルコキシ変性シリコーンオイル等を、架橋剤として２〜１０重量部と、オクチル酸亜鉛、オクチル酸錫、又はジブチル錫ジラウレート等を、触媒として0.5〜５重量部混合し、有機溶媒で希釈する。この溶液をシリカ微粒子の粉体100重量部に対して、シラノール変性シリコーンオイルを0.5〜２重量部混合する。該混合物を風乾した後、室温から200℃で、0.5〜２４時間熱処理して硬化あるいは湿潤化させ、疎水化処理する。
【００２５】
（アミノ系カップリング剤で前処理した後、シリカ微粒子を疎水化処理する方法）
次に、シリカ微粉体をアミノ系カップリング剤および疎水化剤で表面処理する方法を説明する。
本発明では、アミノ系カップリング剤であれば特に制限なく使用することができる。本発明で用いる好ましいカップリング剤には、下記構造式で示される化合物がある。
H2N(CH2)3Si(OCH3)3
H2N(CH2)3Si(OC2H5)3
H2N(CH2)2Si(OCH3)2
H2N(CH2)2NH(CH2)3Si(CH3)(OCH3)2
H2NCONH(CH2)3Si(OC2H5)3
H2N(CH2)2NH(CH2)3Si(OCH3)3
H2N(CH2)2NH(CH2)2NH(CH2)3Si(OCH3)3
H5C2OCO(CH2)2NH(CH2)2NH(CH2)2Si(OCH3)3
H5C2OCO(CH2)2NH(CH2)NH(CH2)NH(CH2)2NH(CH2)3Si(OCH3)3
H3COCO(CH2)2NH(CH2)2NH(CH2)2Si(OCH3)3
(H5C2)2N(CH2)3Si(OCH3)3
H2N(Ph)Si(OCH3)3
(PH)NH(CH2)3Si(OCH3)3
(H3C)2NSi(OC2H5)3
H2NCH2(Ph)(CH2)2Si(OCH3)3
H2N(CH2)2NHCH2(Ph)(CH2)2Si(OCH3)3
(HO(CH2)2)2N(CH2)3Si(OCH3)3
(H3CO)3Si(CH2)3NHCH2
[H5C2O3Si(CH2)3]2NH
H3CNH(CH2)3Si(OC2H5)3
H2N(CH2CH2NH)2(CH2)3Si(OCH3)3
H3CNHC(O)NHC3H6Si(OCH3)3
構造式中の（Ph）はフェニル又はフェニレンを意味する。
該アミノ系カップリング剤で処理することにより、前記シリカ微粒子を、帯電極性がトナーと逆極性の正帯電性とすることができる。すなわち、現像ローラ表面に現れたシリカ微粒子は＋側に帯電することとなる。
アミノ系カップリング剤で前処理したシリカ微粒子粉体は、該前処理をしない場合と同様に、有機ケイ酸化合物を用い、先に説明した工程で疎水化処理する。なお、疎水化処理剤として、前処理しない場合と同じ有機ケイ素化合物を使用することができる。
【００２６】
〈現像ローラの製造〉
また、本発明の現像ローラは、少なくとも、前記現像剤と接触する表面層が、A）オルガノポリシロキサン、B）平均粒径が１〜３０μｍの球状シリコーンエラストマ粒子、C）導電性材料、及びD）の疎水性シリカ微粒子粉体を含む半導電性シリコーンゴム組成物で形成されているものである。
本発明のオルガノポリシロキサンは、下記平均組成式（I）で表されるオルガノポリシロキサンである。
ＲｎＳｉＯ                  （I）
式中ｎは1.95〜2.05の正数であり、Ｒは、該炭化水素基は一価炭化水素基を表し、同一でも又は異なっていてもよく、置換されていても又は非置換であってもよい。該炭化水素基は、炭素原子数１〜10個、特に１〜８個のものが好ましい。該炭化水素基の具体例を挙げると、メチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、ビニル基、アリル基等のアルケニル基、シクロアルケニル基、フェニル基、トリル基等のアリール基、又はこれらの基の水素原子が部分的に塩素原子等で置換されたハロゲン化炭化水素基、シアノ基等で置換されたシアノ炭化水素基がある。特に本発明では、該オルガノポリシロキサンの主鎖が、ジメチルシロキサン単位であるもの、又は該ジメチルポリシロキサンの主鎖にフェニル基、ビニル基、3,3,3−トリフロロプロピル基等を導入したものが好ましい。
なお、本発明で用いるオルガノポリシロキサンの重合度は、通常、1,000〜20,000、特に6,000〜10,000とするのが適当である。
このように重合度を制限するのは、重合度が20,000よりも大きいと、現像ローラの引っ張り強度が大きくなりすぎ、また1,000よりも小さいと現像ローラの引っ張り強度が弱くなり、又オルガノポリシロキサンがオリゴマーとして現像ローラ内部に残留する率が大きくなり、後処理が必要になるからである。
【００２７】
本発明で用いる球状シリコーンエラストマ粒子（B）は、オルガノポリシロキサンの硬化物の球形粒子であって、種類、グレード、製造方法等特に制限はなく使用することができる。該粒子（B）を製造する場合、前記（A）に用いるオルガノポリシロキサンを使用してもよい。また、該粒子（B）の平均粒径は、通常１〜３０μｍ、好ましくは５〜２０μｍとするのが適当である。このように粒径を制限するのは、１μｍよりも小さいと現像ローラの表面粗さが小さくなりすぎ、３０μｍより大きいと現像ローラの表面粗さが大きくなりすぎるからである。
また、球状シリコーンエラストマ粒子（B）の使用量は、オルガノポリシロキサン（A）100重量部に対して、25〜200重量部、好ましくは100〜150重量部とするのが適当である。このように使用量を制限する理由は、２５重量部よりも少ないと球状シリコーンエラストマ粒子が現像ローラ表面に出現しにくく、200重量部よりも多いと球状シリコーンエラストマ粒子が固定しにくく、現像ローラから当粒子が脱落しやすくなるからである。
【００２８】
本発明で用いる導電材料（C）として、導電性カーボンブラック、導電性亜鉛華、導電性酸化チタン等を用いることができ、これらを単独で、又は２種以上組み合わせて使用することができる。
【００２９】
該導電性カーボンブラックとして、通常、導電性ゴム組成物に用いられているものであれば特に制限なく使用することができる。その好ましい例を挙げると、アセチレンブラック、コンダクティブファーネスブラック（CF）、スーパーコンダクティブファーネスブラック（SCF）、エクストラコンダクティブファーネスブラック（XCF）、コンダクティブチャネルブラック（CC）、1500℃程度の高温で熱処理されたファーネスブラックやチャネルブラック等がある。なお、これらのカーボンブラックのうち、アセチレンブラックとケッチェンブラックが好ましい。アセチレンブラックが好ましい理由は、不純物含有量が少ない上、発達した二次構造を有し導電性に優れているからである。また、ケッチェンブラックが好ましい理由は、比表面積が極めて広く、低充填でも優れた導電性を示すからである。
また、本発明では、従来から用いられている導電性亜鉛華を特に制限なく使用することができる。導電性亜鉛華の具体例を挙げると、アセチレンブラック（電気化学工業株式会社製  デンカブラック）、アセチレンブラック（三菱化学株式会社製  #600，MA-100，MA-8，#55等）がある。
【００３０】
さらに、本発明では、従来から用いられている白色導電性酸化チタンを特に制限なく使用することができる。この具体例を挙げると、白色導電性酸化チタンET-500W（石原産業（株）製）が有る。なお、白色導電性酸化チタンとして用いる添加剤の基本組成は、TiO・SnOにSbをドープしたものが好ましい。
【００３１】
これら導電材料の添加量は、使用する導電性材料の種類、及び現像ローラに付与する電気抵抗値で決まる。カーボンブラックを使用する場合、通常、ジオルガノポリシロキサン（A）100重量部に対して、１〜５０重量部、好ましくは３〜３０重量部とするのが適当である。また、導電性亜鉛華又は白色導電性酸化チタンを単独で使用する場合、ジオルガノポリシロキサン（A）100重量部に対して、10〜５０重量部添加するのが好ましい。
【００３２】
本発明で用いる疎水性シリカ微粒子粉体は、前述した（1）有機ケイ酸化合物で疎水化処理したシリカ微粒子、（2）シリコーンオイルで疎水化処理したシリカ微粒子、（3）アミノ系カップリング剤で処理した後、有機ケイ酸化合物で疎水化処理したシリカ微粒子であり、これらを単独または２種以上組み合わせて使用することができる。
【００３３】
なお、該シリカ微粒子は疎水化度が７０％以上、好ましくは８０％以上とするのが適当である。疎水化度が７０％よりも低いと水分を吸着し易くなる。この疎水化度とは、メタノールに対する試料のぬれ性のことであり、下記に定義を示す。
［疎水化度の測定方法］
１．試料0.2grを100mlビーカーに秤量し、純水５０mlを加える。
２．攪拌しながら、液面下へメタノールを少しずつ加える。
３．液面上に試料が認められなくなった時点を終点とする。
４．要したメタノールの量から次式により疎水化度を算出する。
疎水化度（％）＝Ｘ／（５０＋Ｘ）×１００
Ｘ＝メタノールの使用量（ml）
【００３４】
前記シリコーンゴム組成物を硬化させるには硬化剤を使用する。本発明では、導電性シリコーンゴムの加硫、硬化に使用するものであれば、ラジカル反応、付加反応、縮合反応等、その硬化機構にかかわらず、従来から用いられている硬化剤を制限なく用いることができる。好ましい硬化剤の例を挙げると、有機過酸化物、例えば、ジメチルパーオキサイトヘキサン等がある。
【００３５】
本発明の現像ローラは、適宜選択した材質の芯金の上に、前記シリコーン組成物の半導電性硬化物層を形成することによって製造する。この半導電性硬化物層はこの例では全体が均質な後で説明する構成のシリコーンゴム層から構成されている。しかし、少なくとも現像ローラの使用期間中に磨耗して現像剤に接触する厚さだけ後で説明するような構成であればよい。該シリコーンゴム組成物を調製、硬化するのは常法により行うことができる。また、該表面層も従来から用いられている方法、例えば、加圧成形、移送成形、押し出し成形、射出成形、カレンダー成形等よって成形することができる。
【００３６】
なお、該表面層の厚さは１〜１０mm、好ましくは２〜５mmとするのが適当である。このように厚さを限定するのは、５mmよりも厚いと硬度が安定しなくなり、１mmよりも薄いと成形ムラが生じ易くなるからである。
【００３７】
次に、本発明の現像ローラと、この現像ローラを組み込んだ現像装置及びその動作を説明する。
図１は、本発明の現像装置の構成を示す断面図である。
この現像装置は、非磁性一成分現像方式の現像装置である。
図に示されているように、現像装置６は、トナー３を収容したトナーカートリッジ７が装着され、アジテータ８を備えている。スポンジ状のトナー供給ローラ１及びトナー層厚規制部材４は、現像ローラ２に圧接状態で配置されている。
【００３８】
そして、トナー３は、アジテータ８によって、時計方向に回転するスポンジ状のトナー供給ローラ１に運ばれる。次いで、トナー供給ローラ１と現像ローラ２の電位差、及びトナー供給ローラ１のスポンジセル目による機構的搬送力により、トナー３は、回転する現像ローラ２の表面に供給され、トナー層として担持される。該トナー層は、トナー層厚規制部材４に擦られて所定の極性に摩擦帯電されるとともに、薄層化される。そして、現像ローラの表面に担持されたトナー３は、現像ローラ２と感光ドラム５との対向部である現像領域２−Ａに運ばれ、感光ドラム５の表面に形成された静電潜像を可視化する。トナー３で形成された該可視像は、感光ドラム５上から、制御された電圧を印加された転写ローラ９に印字用紙１０上に転写される。その後、加熱定着器（図示せず。）を通過させることによりトナー３の可視像は印字用紙１０上で融着され、固着する。
【００３９】
図２は、この現像装置に使用する現像ローラの構成を示す断面図である。
図に示されているように、この現像ローラは、芯金２１のまわりにシリコーンゴムの半導電硬化物層から成る弾性層２２が形成されている。そして、その表面付近に本発明により改質された表面層３０を有する。
【００４０】
図３は、本発明の現像ローラ表面層の構造を示す拡大断面図である。
図に示されているように、現像ローラの表面層３０は、オルガノポリシロキサンの母材３４中に、シリコーンエラストマ粒子３５とシリカ微粒子３６を含んでおり、シリコーンエラストマ粒子３５の一部が、外周面３３から一部突出している。当該図から明らかなように、表面層３０の磨耗に伴いエラストマ粒子３５とともに、シリカ微粒子３６も、表面層３０の外周面３３から露出して脱落して行く。
【００４１】
当該現像装置において、本発明による現像ローラではなく、従来の現像ローラを使用した場合、表面層が磨耗すると、白抜け印字が発生し、かつカブリが増加する。まず、白抜け印字が発生する機序と、本発明の現像ローラでは発生しない理由について説明する。
【００４２】
現像ローラの磨耗に伴い、その表面層に含まれている従来型のシリカ微粒子、すなわち疎水化処理されていないシリカ微粒子が、該ローラの表面にしみ出し、現像ローラ２と接触している感光ドラム５の表面に移行する。そして、多湿の環境下（例えば、３０℃、相対湿度８０％）では、この疎水性処理されていないシリカ微粒子が水分を吸着し、その表面にOH基がつくことになる。このような状態で感光ドラム上に静電潜像を形成すると、このOH基を介して静電潜像のない部分の電荷が静電潜像が形成された部分に移行するようになり、当初−100Ｖ以上であった静電潜像部分の電位が、−200Ｖ程度に低下する。この結果、現像ローラ２から感光ドラム５へ移行し、現像されるトナー量が大きく減少して、単位面積あたりのトナー濃度が低下するので、かすれ状の白抜け印字が発生するのである。
【００４３】
これに対し、本発明の現像ローラに混合されているシリカ微粒子は、疎水性処理を施されているため、水分を吸収してOH基を生じることがないので、感光ドラム５上の静電潜像のない部分から静電潜像部分に電荷が移行することがない。従って、いわゆる白抜け印字が発生しないのである。
【００４４】
次にカブリについて、図１に基づき説明する。トナー３の帯電は、主として現像ローラ２とトナー層厚規制部材４との摩擦により生じる。そして、トナー層厚規制部材４を通過し、薄層化されたトナー３は全体の総和でみれば、ほぼ均一に、かつ−に帯電しているが、個々のトナーでは帯電量にバラツキがある。すなわち、−側に大きく帯電しているトナーもあれば、帯電が−側で低いもの、また＋に帯電するものも有る。
【００４５】
一方、感光ドラム５は、帯電ローラ１１により−700〜−800Ｖに帯電された後、静電潜像を書き込むためにＬＥＤヘッド１２等から照射を受ける。その結果、照射後の感光ドラム５上の帯電位は、印字部は0〜−５０Ｖであり、非印字部は−700〜−800Ｖである。
【００４６】
現像装置６の現像領域２−Ａでは、現像ローラ２上に＋に逆帯電した、または低い−帯電トナーが、感光ドラム５上の非印字部に移行する。この感光ドラム５に移行した＋帯電又は低い−帯電トナー３は、転写ローラ９に印加されている電圧により用紙上に転写されることはないが、感光ドラム５と転写ローラ９との間を用紙１０が圧接状態で通過するため、該トナーが機構的に用紙１０上に移行して、カブリが発生し用紙１０が汚れる。この汚れは、通常、トナーの帯電分布で低い−帯電トナーが多いほど悪くなる。
【００４７】
従来のシリカ微粒子を現像ローラに用いると、例え、常温で、通常の湿度であっても、水分を吸収して現像ローラの抵抗値を低下させ、トナーが獲得した電荷をリークする。このため、現像ローラ上には−側の帯電の低いもの、又は帯電が０のトナーが生じる。これに対して、本発明の現像ローラは、疎水性処理を施されたシリカ微粒子を使用しているので、該シリカ微粒子は水分を吸収せず、トナーが獲得した電荷をリークすることがない。従って、本発明の現像ローラ上では、−側の帯電が低いトナーが発生し難く、カブリが極めて少ないのである。
【００４８】
本発明の現像ローラを組み込んだ現像装置を用いて、電子写真を現像したところ、良好な印字品質を長期に渡り維持でき、かつ高温多湿下で白抜け印字が起きず、またカブリが極小さいものであった。
なお、上記の目的から、少なくとも、現像ローラの非磁性一成分現像剤と接触する表面層３０の部分が本発明により改質されていればよく、芯金２１に近い軸部は従来どおりの組成であって構わない。
【００４９】
【実施例】
（実施例１）
まず、下記の方法で、シリコーンゴム組成物の半導電硬化物層、すなわち本発明の現像ローラ上の表面層を形成した。
ジメチルシロキサン単位99.85モル％と、メチルビニルシロキサン単位0.15モル％単位とからなる平均重合度約8,000のメチルビニルポリシロキサン  100重量部、表１に示したシリカＡ２０重量部、及び球状シリコーンエラストマ粒子（シリコーンパウダー）KMP594（粒径３〜１０μｍ、信越化学工業社製）130重量部を配合し、更にアセチレンブラック１３重量部を加えて、混練した。次いで、有機過酸化物の2,5−ジメチル−2,5（ｔ−ブチルパーオキサイド）ヘキサンを1.6部を加えて混練した。得られた組成物を成形温度170℃で、１５分間かけ、圧力30Kg／cm２で成形した後、２次加硫条件の温度200℃に、２時間維持し、その後、円筒研磨機で厚さ３mmに研磨して、本発明の現像ローラを得た。
【００５０】
本実施例で使用したシリカＡは、粒径７μｍ、BET値380のシリカ微粒子（日本エアロシル（株）製  EPR976）を、ジメチルクロロシランで疎水化処理したものである。この疎水化処理は、次のような工程により実施した。
【００５１】
本実施例では、製造した現像ローラを電子写真現像装置に組み込み、白抜け印字とカブリを、H/H （高温高湿環境条件、３０℃、相対湿度８０％）、N/N （室温環境条件、２０℃、相対湿度５０％）及びL/L（低温低湿環境条件、１０℃、相対湿度２０％）の条件で測定した。
白抜け印字の程度は２５％Duty印刷時の光学濃度（OD値）により求めた。該光学濃度の測定は、常法により行った。
【００５２】
また、カブリは、付着トナーが多いと反射率が小さくなることを利用して、感光ドラム表面に付着した逆帯電トナーの量を数値化することにより測定した。すなわち、未印字状態プリンタの電源を瞬断し、転写ローラとの接触部の感光ドラム上に透明性の高いテープを貼り付け、感光ドラム上に付着している逆帯電トナーを透明テープに移行させる。そして、このテープを未使用の印字用紙上に貼り付け、その反射率を測定したのである。また、コントロールとして、未使用の透明テープを同じ印字用紙に貼り付けて反射率を測定した。反射率の測定器として、CR-200又はNR1000（ミノルタ製）を使用した。このとき反射率が９５％以上ある紙又は平らな台の上で、感光ドラム上に付着していた逆帯電トナーを移行させた透明テープの反射率及び未使用の透明テープの反射率を測定した。なお、カブリの値は次の式で定義する。
カブリ値＝Ｋ（％）−Ｘ（％）
Ｋは、未使用の透明テープの反射率を表し、Ｘは、感光ドラム上に付着していた逆帯電トナーを移行させた透明テープの反射率を表す。
【００５３】
本実施例では、製作した現像ローラを現像装置に組み込み、印字試験及びプロセスの基本特性評価を実施した。
図４は、実施例１の評価結果説明図である。
図の（ａ）は、初期状態のカブリと白抜け印字の発生を評価するためのグラフである。図（ａ）の左側のグラフは、横軸に環境条件をとり、縦軸にカブリの程度をパーセントで表したものである。（ａ）の右側のグラフは、横軸に左側と同一の環境条件をとり、縦軸に２５％Duty印字時の濃度を表したものである。また、（ｂ）は、連続印字を行った場合のカブリの推移を示すグラフである。このグラフは、横軸に印刷枚数をとり、縦軸にカブリの程度をパーセントで表したものである。
【００５４】
現像装置組立後の初期状態で、L/L、N/N及びH/H環境条件において、白抜け印字を測定したが、白抜け印字の発生はなかった。また、OD値もL/L及びN/Nとも0.6よりも高く、H/Hでも少し下がったが、それでもほぼ0.6であり、十分な光学濃度が維持されていた。また、連続印刷後の環境試験において２５％Duty印字のOD値が0.1から0.15低下したが、従来の装置と比較すると大きく改良されているのが判る（後述の比較例参照）。
【００５５】
また、初期状態では、N/N及びL/L環境条件では、カブリは５％前後で、変化が見られず、H/H環境条件ではカブリがやや多くなったがそれでも１０％未満であり、カブリの発生が極めて低いのが判る。また、実印時試験をＡ４用紙換算で20,000枚実行し、カブリ値の変化を調べたが、カブリ値は１０％未満で変化が見られず、初期から現像ローラ寿命が終わるまで良好な結果が得られた。
【００５６】
このように本発明の現像ローラを使用した場合、高温高湿度の環境下でも白抜け印字は起こらず、カブリの発生も極めて低いことが判る。これは現像ローラに、添加剤として、疎水化処理を施したシリカを使用することで得られた効果である。すなわち、印字動作中に、表面層の中から充填剤のシリカが現像ローラの面から出てきたときに、トナーの摩擦帯電性が低下したり、該シリカの吸湿により感光ドラムの抵抗値が低下することを防止でき、その結果、現像ローラは初期から寿命が終わるまで安定した摩擦帯電性と抵抗値が得られるからである。
【００５７】
（実施例２）
シリカＡの代わりにシリカＢを使用した他は、実施例１と同様に現像ローラを作成した。シリカＢは、粒径７μｍで、BET値300のシリカ微粒子（日本エアロシル（株）製  R812，RX300）をヘキサメチルジシラザンで疎水化処理し、疎水化度７５％としたものである。次いで、実施例１と同様な評価を行った。
【００５８】
図５は、実施例２の評価結果説明図である。各グラフの形式は、図５と同様である。
現像装置組立後の初期状態で、L/L、N/N及びH/H環境条件において、白抜け印字を測定したが、白抜け印字の発生はなかった。また、OD値もL/L及びN/Nとも0.6よりも高く、H/Hでも少し下がったが、それでもほぼ0.6であり、十分な光学濃度が維持されていた。また、連続印刷後の環境試験において２５％Duty印字のOD値が0.1から0.15低下したが、従来の装置と比較すると大きく改良されているのが判る（後述の比較例参照）。
【００５９】
また、初期状態では、N/N及びL/L環境条件では、カブリは５％前後で、変化が見られず、H/H環境条件ではカブリがやや多くなったがそれでも１０％未満であり、カブリの発生が極めて低いのが判る。また、実印時試験をＡ４用紙換算で20,000枚実行し、カブリ値の変化を調べたが、カブリ値は１０％未満で変化が見られず、初期から現像ローラ寿命が終わるまで良好な結果が得られた。
【００６０】
（実施例３）
シリカＡの代わりにシリカＣ（日本エアロシル（株）製  R805）を使用した他は、実施例１と同様に現像ローラを作成した。シリカＣは、粒径１２μｍで、BET値200のシリカ微粒子をオクチルシランで疎水化処理し、疎水化度８０％としたものである。次いで、実施例１と同様な評価を行った。
【００６１】
図６は、実施例３の評価結果説明図である。各グラフの形式は、図５と同様である。
現像装置組立後の初期状態で、L/L、N/N及びH/H環境条件において、白抜け印字を測定したが、白抜け印字の発生はなかった。また、OD値もL/L及びN/Nとも0.6よりも高く、H/Hでも少し下がったが、それでもほぼ0.6であり、十分な光学濃度が維持されていた。また、連続印刷後の環境試験において２５％Duty印字のOD値が0.1から0.15低下したが、従来の装置と比較すると大きく改良されているのが判る（後述の比較例参照）。
【００６２】
また、初期状態では、N/N及びL/L環境条件では、カブリは５％前後で、変化が見られず、H/H環境条件ではカブリがやや多くなったがそれでも１０％未満であり、カブリの発生が極めて低いのが判る。また、実印時試験をＡ４用紙換算で20,000枚実行し、カブリ値の変化を調べたが、カブリ値は５％〜１０％の間で大きな変化が見られず、初期から現像ローラ寿命が終わるまで良好な結果が得られた。
【００６３】
（実施例４）
シリカＡの代わりにシリカＤ（日本エアロシル（株）製  R972）を使用した他は、実施例１と同様に現像ローラを作成した。シリカＤは、粒径１６μｍで、BET値130のシリカ微粒子をジメチルジクロロシランで疎水化処理し、疎水化度８５％としたものである。次いで、実施例１と同様な評価を行った。
【００６４】
図７は、実施例４の評価結果説明図である。各グラフの形式は、図５と同様である。
現像装置組立後の初期状態で、L/L、N/N及びH/H環境条件において、白抜け印字を測定したが、白抜け印字の発生はなかった。また、OD値もL/L及びN/Nとも0.6よりも高く、H/Hでも少し下がったが、それでもほぼ0.6であり、十分な光学濃度が維持されていた。また、連続印刷後の環境試験において２５％Duty印字のOD値が0.1から0.15低下したが、従来の装置と比較すると大きく改良されているのが判る（後述の比較例参照）。
【００６５】
また、初期状態では、N/N及びL/L環境条件では、カブリは５％〜１０％の間で変化が見られず、H/H環境条件ではカブリがやや多くなったがそれでも１０％未満であり、カブリの発生が極めて低いのが判る。また、実印時試験をＡ４用紙換算で20,000枚実行し、カブリ値の変化を調べたが、カブリ値は５％〜１０％の間で大きな変化が見られず、初期から現像ローラ寿命が終わるまで良好な結果が得られた。
【００６６】
（実施例５）
シリカＡの代わりにシリカＥ（日本エアロシル（株）製  EPR809，RX50）を使用した他は、実施例１と同様に現像ローラを作成した。シリカＥは、粒径４０μｍで、BET値５０のシリカ微粒子をヘキサメチルジシラザンで疎水化処理し、疎水化度９０％としたものである。次いで、実施例１と同様な評価を行った。
【００６７】
図８は、実施例５の評価結果説明図である。各グラフの形式は、図５と同様である。
現像装置組立後の初期状態で、L/L、N/N及びH/H環境条件において、白抜け印字を測定したが、白抜け印字の発生はなかった。また、OD値もL/L及びN/Nとも0.6よりも高く、H/Hでも少し下がったが、それでもほぼ0.6であり、十分な光学濃度が維持されていた。また、連続印刷後の環境試験において２５％Duty印字のOD値が0.1から0.15低下したが、従来の装置と比較すると大きく改良されているのが判る（後述の比較例参照）。
【００６８】
また、初期状態では、N/N及びL/L環境条件では、カブリは５％〜１０％の間で変化が見られず、H/H環境条件ではカブリがやや多くなったがそれでも１０％未満であり、カブリの発生が極めて低いのが判る。また、実印時試験をＡ４用紙換算で20,000枚実行し、カブリ値の変化を調べたが、カブリ値は５％〜１０％の間で大きな変化が見られず、初期から現像ローラ寿命が終わるまで良好な結果が得られた。
【００６９】
なお、下記表１に実施例１〜５で使用したシリカの特性をまとめた。
【表１】
0004251309.tif 000002
【００７０】
（実施例６）
シリカＡの代わりにシリカＦからＬを使用した他は、実施例１と同様に現像ローラを作成した。シリカＬからＦは、シリカ微粒子をシリコーンオイルで疎水化処理したものであり、その内容を下記表２にまとめた。
【００７１】
図９は、実施例６の評価結果説明図である。各グラフの形式は、図５と同様である。
現像装置組立後の初期状態で、シリカＬからＦを使用したすべての現像ローラについてL/L、N/N及びH/H環境条件で、白抜け印字を測定したが、白抜け印字の発生はなかった。また、OD値もL/L及びN/Nとも0.6よりも高く、H/Hでも少し下がったが、それでも0.6よりも高く、十分な光学濃度が維持されていた。また、連続印刷後の環境試験において２５％Duty印字のOD値が0.1から0.15低下したが、従来の装置と比較すると大きく改良されているのが判る。
【００７２】
また、初期状態では、N/N及びL/L環境条件では、カブリは５％前後で変化が見られず、H/H環境条件ではカブリがやや多くなったがそれでも１０％未満であり、カブリの発生が極めて低いのが判る。また、実印時試験をＡ４用紙換算で20,000枚実行し、カブリ値の変化を調べたが、カブリ値は５％〜１０％の間で大きな変化が見られず、初期から現像ローラ寿命が終わるまで良好な結果が得られた。
【００７３】
【表２】
0004251309.tif 000003
【００７４】
（実施例７）
シリカＡの代わりにシリカＭからＳを使用した他は、実施例１と同様に現像ローラを作成した。シリカＭからＳは、シリカ微粒子を、アミノ系カップリング剤で前処理した後、有機ケイ酸化合物、又はシリコーンオイル（信越化学製  TSF451）で疎水化処理したものであり、その内容を下記表３にまとめた。
【００７５】
図１０は、実施例７の評価結果説明図である。各グラフの形式は、図５と同様である。
現像装置組立後の初期状態で、シリカＭからＳを使用したすべての現像ローラについてL/L、N/N及びH/H環境条件で、白抜け印字を測定したが、白抜け印字の発生はなかった。また、OD値もL/L及びN/Nとも0.6よりも高く、H/Hでも少し下がったが、それでも0.6よりも高く、十分な光学濃度が維持されていた。また、連続印刷後の環境試験において２５％Duty印字のOD値が0.1から0.15低下したが、従来の装置と比較すると大きく改良されているのが判る。
【００７６】
また、初期状態では、N/N及びL/L環境条件では、カブリは５％よりも低く、かつ変化が見られず、H/H環境条件ではカブリがやや多くなったがそれでも５％前後で、前処理しない場合よりも更に、カブリの発生が低かった。実印時試験をＡ４用紙換算で20,000枚実行し、カブリ値の変化を調べたが、カブリ値は５％前後であって大きな変化が見られず、初期から現像ローラ寿命が終わるまで、極めて良好な結果が得られた。
【００７７】
【表３】
0004251309.tif 000004
【００７８】
（比較例）
シリカＡの代わりにシリカＴからＹを使用した他は、実施例１と同様に現像ローラを作成した。シリカＴからＹは、疎水化処理していないシリカ微粒子であり、その内容を下記表４にまとめた。
【００７９】
図１１は、比較例１の評価結果説明図である。各グラフの形式は、図５と同様である。
現像装置組立後の初期状態で、シリカＴからＹを使用したすべての現像ローラについてL/L、N/N及びH/H環境条件で、白抜け印字を測定した。それぞれの条件下で白抜け印字が発生した。また、OD値もL/L及びN/Nとも0.6よりも高かったが、H/Hでは光学濃度が0.１から0.4となり著しく下がった。
【００８０】
また、初期状態では、L/L環境条件からN/N環境条件になる間も２０％近くに悪化し、H/H環境条件ではカブリが３０％〜４０％になった。また、実印時試験をＡ４用紙換算で20,000枚実行し、カブリ値の変化を調べたが、2,000枚換算時で１５％を超え、4,000枚換算時はほとんどが２０％となり、10,000枚換算時にカブリ値が３０％と著しく悪化した。この比較例から、疎水化処理していない現像ローラは、高温高湿下では容易に白抜け印字が生じ、またカブリ値が高くなり印字品質が低いことが判った。
【００８１】
【表４】
0004251309.tif 000005
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の現像装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の現像装置に使用する現像ローラの構成を示す断面図である。
【図３】本発明の現像ローラの表面層の構造を示す拡大断面図である。
【図４】実施例１の評価結果説明図である。
【図５】実施例２の評価結果説明図である。
【図６】実施例３の評価結果説明図である。
【図７】実施例４の評価結果説明図である。
【図８】実施例５の評価結果説明図である。
【図９】実施例６の評価結果説明図である。
【図１０】実施例７の評価結果説明図である。
【図１１】比較例１の評価結果説明図である。
【符号の説明】
１  トナー供給ローラ
２  現像ローラ
２−Ａ  現像領域
３  トナー
４  トナー層厚規制部材
５  感光ドラム
６  現像装置
７  トナーカートリッジ
８  アジテータ
９  転写ローラ
１０  印字用紙
１１  帯電ローラ
２１  芯金
２２  弾性層
３０  表面層
３４  オルガノポリシロキサンの母材
３５  シリコーンエラストマ粒子
３６  シリカ微粒子
【図１】
0004251309.tif 000006
【図２】
0004251309.tif 000007
【図３】
0004251309.tif 000008
【図４】
0004251309.tif 000009
【図５】
0004251309.tif 000010
【図６】
0004251309.tif 000011
【図７】
0004251309.tif 000012
【図８】
0004251309.tif 000013
【図９】
0004251309.tif 000014
【図１０】
0004251309.tif 000015
【図１１】
0004251309.tif 000016