JP4298592B2

JP4298592B2 - 現像ローラ及びそれを備えた画像形成装置

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Publication number: JP4298592B2
Application number: JP2004172599A
Authority: JP
Inventors: 秀洋赤間; 弘行安西; 浩之兼杉
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2004-06-10
Filing date: 2004-06-10
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2024-06-10
Also published as: JP2005352149A

Description

本発明は、現像ローラ及び該現像ローラを備えた画像形成装置に関し、特に複写機、プリンタ等の電子写真装置や静電記録装置等の画像形成装置に用いられる現像ローラに関するものである。

複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置においては、潜像を保持した感光ドラム等にトナーを供給し、感光ドラムの潜像に該トナーを付着させて潜像を可視化する現像方法として、加圧現像法が知られている。該加圧現像法においては、例えば、トナーを担持した現像ローラを、静電潜像を保持した感光ドラムに接触させて、トナーを感光ドラムの潜像に付着させることで現像を行う。そのため、上記現像ローラを、導電性を有する弾性体で形成する必要がある。また、感光ドラムと現像ローラ間に微小な間隙を設けてトナーを飛翔させたり、アパチャー電極を用いたトナージェット法等にもこのような導電性弾性ローラが用いられている。

上記加圧現像法において、現像ローラは、感光ドラムに密着した状態を確実に保持しながら回転しなければならないため、金属等の良導電性材料からなるシャフトの外周に、シリコーンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、エピクロロヒドリンゴム（ＥＣＯ）、ポリウレタン等のエラストマーにカーボンブラックや金属粉を分散させた半導電性の弾性体やこれらを発泡させた発泡体からなる半導電性弾性層を形成した構造となっている。また、トナーに対する帯電性や付着性の制御、現像ローラの弾性層による感光ドラムの汚染防止等を目的として、上記弾性層の表面に、更に樹脂被覆層を形成する場合がある。

従来、上記樹脂被覆層は、現像ローラを溶剤系若しくは水系の塗工液中にディップ又は該塗工液を現像ローラにスプレーした後に、熱又は熱風で乾燥硬化して形成されているが、この場合、長時間の乾燥が必要なため、量産には長い乾燥ラインが必要である。また、上記樹脂被覆層は、その用途から微妙な導電性及び表面状態が要求されるが、乾操ライン内の温度分布及び風量等のバラツキが樹脂被覆層の性能に大きく影響するため、品質上の問題があった。

これに対し、長い乾燥ラインを必要とせず、安定した品質の樹脂被覆層を形成する手法として、現像ローラの弾性層の表面に紫外線硬化性化合物を塗布し、該化合物を硬化させて樹脂被覆層を形成する技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００２−３１０１３６号公報

しかしながら、紫外線硬化性化合物を塗布し該化合物を紫外線硬化させて形成された樹脂被覆層は、未反応化合物を含むため、感光ドラムを汚染する可能性があった。特に、樹脂被覆層の電気抵抗を調整するためにカーボン系の電子導電剤を配合した場合、該カーボン系電子導電剤が紫外線を吸収するため、紫外線硬化性化合物が十分に硬化反応せず、未反応化合物が残存し易いという問題があった。また、紫外線硬化で形成した樹脂被覆層を弾性層の外周面に備えた現像ローラは、ローラ表面の摩擦抵抗が大きいため、使用条件によってはローラ表面が摩耗し易いという問題があった。そのため、かかる現像ローラが組み込まれた画像形成装置を長時間使用すると、現像ローラの表面が削れ、画像不良を発生し易くなるという問題があった。

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、感光ドラムを汚染することが無く、長時間使用しても表面が削れ難く、耐久性に優れた現像ローラを提供することにある。また、本発明の他の目的は、かかる現像ローラを備え、長期に渡って良好な画像を形成することが可能な画像形成装置を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、弾性層の表面に樹脂被覆層を配設した現像ローラにおいて、該樹脂被覆層に非電子線硬化型のケイ素含有樹脂及び／又は化合物と電子線硬化型樹脂とを用いることで、未反応化合物の残存量を低減できると共に、ローラ表面の摩擦抵抗が低くなり、長期間使用してもローラ表面が摩耗し難くなることを見出し、本発明を完成させるに至った。

即ち、本発明の現像ローラは、シャフトと、該シャフトの外周に形成された弾性層と、該弾性層の外周面に形成された少なくとも一層の樹脂被覆層とを備えた現像ローラにおいて、
前記樹脂被覆層が非電子線硬化型のケイ素含有樹脂及び／又は化合物と電子線硬化型樹脂とカーボン系電子導電剤とを含み、
前記樹脂被覆層が、非電子線硬化型のケイ素含有樹脂及び／又は化合物と電子線により重合可能な炭素原子間二重結合を有し且つケイ素を含む樹脂及び／又は化合物とを含む塗工液を前記弾性層の外周面に塗布した後、電子線照射により前記電子線により重合可能な炭素原子間二重結合を有し且つケイ素を含む樹脂及び／又は化合物を硬化させてなり、
前記電子線により重合可能な炭素原子間二重結合を有し且つケイ素を含む樹脂及び／又は化合物が、両末端反応性シリコーンオイル類、片末端反応性シリコーンオイル類及び(メタ)アクリロキシアルキルシラン類からなる群から選択される少なくとも一種であり、
前記両末端反応性シリコーンオイル類が下記式(III)：

（式中、ｐは繰り返し単位数である）で表されるシリコーンオイルであり、
前記片末端反応性シリコーンオイル類が下記式(IV)：

（式中、Ｒ ³ は、メチル基又はブチル基であり、ｑは繰り返し単位数である）で表されるシリコーンオイル及び／又は下記式(V)：

で表されるシリコーンオイルである
ことを特徴とする。ここで、電子線硬化型樹脂は、電子線により重合可能な樹脂及び／又は化合物を電子線照射により硬化させたものである。また、本発明における樹脂被覆層を形成する非電子線硬化型樹脂及び化合物とは、分子量1,000あたり電子線感受性の高い(メタ)アクリロイル基を0〜0.01未満含有する樹脂及び化合物であり、0に近いほうが好ましい。また、電子線により重合可能な樹脂及び化合物とは、分子量1,000あたり電子線感受性の高い(メタ)アクリロイル基を0.01以上、好適には0.1以上含有する樹脂及びオリゴマー並びに１分子中に１個以上の(メタ)アクリロイル基を有する(メタ)アクリレートである。

本発明の現像ローラの好適例においては、前記非電子線硬化型のケイ素含有樹脂及び／又は化合物が、ケイ素含有(メタ)アクリレート系樹脂及び化合物、並びにシリコーン樹脂からなる群から選択される少なくとも一種である。

本発明の現像ローラにおいては、前記電子線硬化型樹脂はケイ素含有電子線硬化型樹脂である。

本発明の現像ローラにおいては、前記樹脂被覆層がカーボン系電子導電剤を含有する。電子線は、カーボン系電子導電剤に吸収され難いため、樹脂被覆層の電気抵抗の調整にカーボン系電子導電剤を用いても、未反応化合物の残存量を十分に抑制することができる。

本発明の現像ローラの他の好適例においては、前記樹脂被覆層の厚さが1〜500μmである。電子線は、樹脂被覆層の深部まで到達するため、樹脂被覆層が厚くても、未反応化合物の残存量を十分に抑制することができる。

また、本発明の画像形成装置は、少なくとも現像ローラを備え、該現像ローラが上記現像ローラであることを特徴とする。

本発明によれば、弾性層の表面に樹脂被覆層が配設された現像ローラにおいて、該樹脂被覆層に非電子線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物と電子線硬化型樹脂とを用いることで、感光ドラムを汚染することが無く、ローラ表面の摩擦抵抗が低く、長期間使用しても摩耗し難く、耐久性に優れた現像ローラを提供することができる。また、かかる現像ローラを備え、長期に渡って良好な画像を形成することが可能な画像形成装置を提供することができる。

以下に、本発明の現像ローラを、図を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の現像ローラの一例の断面図である。図示例の現像ローラ１は、シャフト２と、該シャフト２の外周に形成された弾性層３と、該弾性層３の外周面に形成された樹脂被覆層４とを備える。図中、樹脂被覆層４は一層よりなるが、本発明の現像ローラの樹脂被覆層４は、二層以上から構成されていてもよい。

本発明の現像ローラ１においては、電子線照射により樹脂被覆層４を形成するため、電子線の照射量を適正化することにより、未反応化合物の残留を防止することができる。また、電子線の加速電圧を制御して、樹脂被覆層４の架橋密度を調整することもできる。更に、電子線はカーボン系電子導電剤に吸収され難いため、樹脂被覆層４にカーボン系電子導電剤を用いた場合でも、電子線照射によって電子線硬化型樹脂を十分に生成させることができ、未反応化合物の残留を防止することができる。

また、本発明の現像ローラ１においては、樹脂被覆層４が非電子線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物と電子線硬化型樹脂とを含み、該非電子線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物の表面エネルギーが小さいため、表面の摩擦抵抗が低く、長期間使用しても摩耗し難く、耐久性に優れる。なお、通常、ケイ素含有樹脂及び／又は化合物は、弾性層３との相溶性が悪く、弾性層３との接着性が一般的な樹脂よりも劣るが、本発明の現像ローラの樹脂被覆層４においては、非電子線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物の表面エネルギーが、通常の電子線硬化型樹脂の表面エネルギーよりも小さいため、樹脂被覆層４の表面側（即ち、弾性層３に接しない側）に非電子線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物が偏在する傾向があり、その結果として、樹脂被覆層４の弾性層３に接する側の非電子線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物の含有率が低下して、樹脂被覆層４と弾性層３との接着性が向上する。また、非電子線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物が樹脂被覆層４の表面側に偏在する結果として、樹脂被覆層４のトナーとの離型性が向上する。更に、樹脂被覆層４中の非電子線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物の含有率を減らしても、非電子線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物が樹脂被覆層４の表面側に偏在するため、樹脂被覆層４のトナーとの離型性を十分に維持することができると共に、樹脂被覆層４と弾性層３との接着性を向上させつつ、高価なケイ素含有樹脂及び／又は化合物の含有率を低減することも可能である。

本発明の現像ローラのシャフトとしては、良好な導電性を有する限り特に制限はなく、例えば、鉄、ステンレススチール、アルミニウム等の金属製の中実体からなる芯金や、内部を中空にくりぬいた金属製円筒体等の金属製シャフトを用いることができる。

本発明の現像ローラの弾性層は、エラストマーと導電剤とを含み、必要に応じて充填剤等の他の成分を含む。該弾性層に用いるエラストマーとしては、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブチルゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム（ＥＣＯ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリウレタン及びこれらの混合物等が挙げられ、これらの中でも、シリコーンゴム、ＥＰＤＭ、ＥＣＯ及びポリウレタンが好ましい。上記弾性層には、上記エラストマーを発泡剤を用いて化学的に発泡させたり、ポリウレタンフォームのように空気を機械的に巻き込んで発泡させる等して、上記エラストマーを発泡体として用いてもよい。

上記シャフトと弾性層とは、反応射出成形法（ＲＩＭ成形法）を用いて一体化してもよい。即ち、弾性層の原料成分を構成する２種のモノマー成分を筒状型内に混合射出し、重合反応させて、シャフトと弾性層とを一体化することができる。これにより原料の注入から脱型までの所要時間を短縮し、生産コストを大幅に削減することができる。

また、弾性層にシリコーンゴムを用いる場合、該シリコーンゴムは、一般的なミラブル型シリコーンゴム（ＨＣＲ）でも液状シリコーンゴム（ＬＳＲ）でもよい。なお、液状シリコーンゴムを用いる場合、液状射出成形（ＬＩＭ：Liquid injection Molding）で弾性層を形成するのが好ましい。上記液状シリコーンゴムは、ビニル基含有ポリオルガノシロキサンに対して、オルガノハイドロジェンポリシロキサン、シリカ等の補強性充填剤、導電剤、白金系触媒、反応抑制剤、シリコーンオイル、その他各種添加剤を配合してなり、所定の形状のモールドに注入された後、加熱硬化によって成形される。

上記ビニル基含有ポリオルガノシロキサンは、分子中に２個以上の反応基を有し、該反応基としてはアルケニル基及び水酸基が挙げられる。該ビニル基含有ポリオルガノシロキサンとしては、下記式(I)：

（式中、Ｒ¹は、それぞれ独立して一価の炭化水素基であり、ｎは100〜10,000の整数である）で表される化合物が好ましい。ここで、Ｒ¹における、一価の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基及びペンチル基等のアルキル基、ビニル基及びアリル基等のアルケニル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、フェニル基等のアリール基、ベンジル基等のアラルキル基等が挙げられる。

また、上記オルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、下記式(II)：

（式中、Ｒ²は、それぞれ独立して水素又は一価の炭化水素基であり、ｍは10〜1,000の整数である）で表され、分子中に２個以上のケイ素−水素結合を有する化合物が好ましい。ここで、Ｒ²における、一価の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基及びペンチル基等のアルキル基、ビニル基及びアリル基等のアルケニル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、フェニル基等のアリール基、ベンジル基等のアラルキル基等が挙げられる。

また、液状シリコーンゴムに含まれる導電剤としては、後述する弾性層に一般に用いられる導電剤を使用することができ、白金系触媒としては、塩化第二白金、塩化白金酸、アルコール変性塩化白金酸等が挙げられ、反応抑制剤としては、メチルビニルシクロテトラシロキサン、アセチレンアルコール類、シロキサン変性アセチレンアルコール、ハイドロパーオキサイト等が挙げられる。

上記弾性層に用いる導電剤としては、電子導電剤、イオン導電剤等が挙げられる。電子導電剤としては、ケッチェンブラック、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ブラック、酸化処理等を施したカラー用カーボンブラック、熱分解カーボンブラック、天然グラファイト、人造グラファイト、アンチモンドープ酸化スズ、ＩＴＯ、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛等の金属酸化物、ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレン等の導電性ポリマー、カーボンウィスカー、黒鉛ウィスカー、炭化チタンウィスカー、導電性チタン酸カリウムウィスカー、導電性チタン酸バリウムウィスカー、導電性酸化チタンウィスカー、導電性酸化亜鉛ウィスカー等の導電性ウィスカー等が挙げられる。上記電子導電剤の配合量は、上記エラストマー100質量部に対して1〜50質量部の範囲が好ましく、5〜40質量部の範囲が更に好ましい。

また、上記イオン導電剤としては、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、ドデシルトリメチルアンモニウム、ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、ベンジルトリメチルアンモニウム、変性脂肪酸ジメチルエチルアンモニウム等の過塩素酸塩、塩素酸塩、塩酸塩、臭素酸塩、ヨウ素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、硫酸塩、エチル硫酸塩、カルボン酸塩、スルホン酸塩等のアンモニウム塩；リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属の過塩素酸塩、塩素酸塩、塩酸塩、臭素酸塩、ヨウ素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、硫酸塩、トリフルオロメチル硫酸塩、スルホン酸塩等が挙げられる。上記イオン導電剤の配合量は、上記エラストマー100質量部に対して0.01〜10質量部の範囲が好ましく、0.05〜5質量部の範囲が更に好ましい。上記導電剤は、１種単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよく、電子導電剤とイオン導電剤とを組み合わせてもよい。

上記弾性層は、上記導電剤の配合により、その抵抗値を10³〜10¹⁰Ωcmとすることが好ましく、10⁴〜10⁸Ωcmとすることが更に好ましい。弾性層の抵抗値が10³Ωcm未満では、電荷が感光ドラム等にリークしたり、電圧により現像ローラ自体が破壊する場合があり、10¹⁰Ωcmを超えると、地かぶりが発生しやすくなる。

上記弾性層は、必要に応じて上記エラストマーをゴム状物質とするために、有機過酸化物等の架橋剤、硫黄等の加硫剤を含有してもよく、更に加硫助剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、加硫遅延剤等を含有してもよい。また、上記弾性層は、更に、充填剤、しゃく解剤、発泡剤、可塑剤、軟化剤、粘着付与剤、粘着防止剤、分離剤、離型剤、増量剤、着色剤等のゴム用配合剤を含有してもよい。

ポリウレタン又はＥＰＤＭを基材として上記弾性層を形成する場合、表面上のトナー帯電量をコントロールするために、ニグロシン、トリアミノフェニルメタン、カチオン染料等の各種荷電制御剤、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、ナイロン等の微粉体を添加してもよい。ここで、上記荷電制御剤の添加量は、上記ポリウレタン又はＥＰＤＭ 100質量部に対して1〜5質量部の範囲が好ましく、上記微粉体の添加量は、上記ポリウレタン又はＥＰＤＭ 100質量部に対して1〜10質量部の範囲が好ましい。

上記弾性層の硬度は、特に限定されるものではないが、アスカーＣ硬度で80度以下であるのが好ましく、20〜70度であるのが更に好ましい。弾性層のアスカーＣ硬度が80度を超えると、現像ローラと感光ドラム等との接触面積が小さくなり、良好な現像が行えなくなるおそれがあり、また、トナーに損傷を与え感光ドラムや成層ブレードヘのトナー固着等が発生して画像不良が起こり易い。一方、弾性層が低硬度過ぎると、感光ドラムや成層ブレードとの摩擦力が大きくなり、ジッター等の画像不良が発生するおそれがある。上記弾性層は、感光ドラムや成層ブレード等に当接して使用されるため、硬度を低硬度に設定する場合でも、圧縮永久歪をなるべく小さくすることが好ましく、具体的には20％以下とすることが好ましい。

上記弾性層の表面粗さは、特に限定されるものではないが、ＪＩＳ１０点平均粗さ（Ｒｚ）が30μm以下であるのが好ましく、1〜20μmであるのが更に好ましい。弾性層の表面粗さ（Ｒｚ）が30μmを超えると、トナー層の層厚や帯電の均一性が損なわれる場合があり、30μm以下とすることにより、トナーの付着性を向上させることができ、また、長期使用時におけるローラの摩耗による画像劣化をより確実に防止することができる。なお、適切な表面粗さを得るために、ローラ表面を研摩してもよいが、研摩工程を設けるとローラの生産性が悪くなり、製造コストが上昇する。そのため、弾性層の成形用のモールド表面を適度に粗面化し、成形される弾性層の表面にモールド表面の粗面を転写させて上記の表面粗さとすることが好ましい。

本発明の現像ローラの樹脂被覆層は、非電子線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物と電子線硬化型樹脂とカーボン系電子導電剤とを含んでなる。該樹脂被覆層は、非電子線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物と電子線により重合可能な炭素原子間二重結合を有し且つケイ素を含む樹脂及び／又は化合物とを含む塗工液を弾性層の外表面に塗布した後、電子線照射して、電子線により重合可能な炭素原子間二重結合を有し且つケイ素を含む樹脂及び／又は化合物を硬化させて形成される。一般に、弾性層の外表面に樹脂被覆層を設けることで、抵抗値を調整したり、トナー帯電量及びトナー搬送量を制御したり、現像ローラと成層ブレードとの摩擦力を制御することができるが、樹脂被覆層に非電子線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物と電子線硬化型樹脂とを含ませることで、樹脂被覆層の摩擦力を大幅に低減して、現像ローラの耐久性を大幅に向上させることができる。ここで、上記塗工液は、反応性希釈剤、導電剤を含むのが好ましく、その他、必要に応じて公知の添加剤を含んでもよく、また、溶剤を含まないのが好ましい。なお、塗工液を弾性層の表面に塗布する方法としては、スプレー法、ロールコーター法、ディッピング法、ダイコート法等が挙げられる。また、電子線照射の条件は、電子線硬化型樹脂の種類や塗布量に応じて適宜選択される。

上記樹脂被覆層において、非電子線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物と電子線硬化型樹脂との割合は、非電子線硬化型ケイ素含有樹脂及び化合物の合計100質量部に対して電子線硬化型樹脂が10〜10000質量部の範囲が好ましく、30〜5000質量部の範囲が更に好ましい。非電子線硬化型ケイ素含有樹脂及び化合物の合計100質量部に対する電子線硬化型樹脂の配合量が10質量部未満では、電子線硬化による架橋度が不足し、塗膜強度が低下する場合があり、10000質量部を超えると、ケイ素の含有量が低くなるため目的の性能を発揮出来なくなる場合がある。

上記樹脂被覆層中のケイ素含有率は、0.1〜50質量％の範囲が好ましく、0.5〜30質量％の範囲が更に好ましい。樹脂被覆層中のケイ素含有率が0.1質量％未満では、ケイ素の特性が充分に発揮されないため耐久性が不足する場合があり、50質量％を超えると、塗膜と下層間の密着性が悪くなる場合がある。

上記樹脂被覆層に用いる非電子線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物としては、塗工液に分散又は溶解するものが好ましく、具体的には、シロキサン結合を複数有するケイ素含有(メタ)アクリレート系樹脂及び化合物、シリコーン樹脂、アルコキシシラン類及びその重合物が挙げられる。該非電子線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物は、１種単独で使用してもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。ここで、該非電子線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物のケイ素含有率は、2〜70質量％の範囲が好ましく、2〜50質量％の範囲が更に好ましい。非電子線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物のケイ素含有率が2質量％未満では、ケイ素の含有量が低くなるため目的の性能を発揮出来なくなる場合があり、70質量％を超えると、相溶性が低下したり、分散性が低下する場合があるため不適切である。

上記非電子線硬化型のケイ素含有(メタ)アクリレート系樹脂としては、ポリシロキサン基含有(メタ)アクリレート等のケイ素含有(メタ)アクリレートの単独重合体の他、該ケイ素含有(メタ)アクリレートと、(メタ)アクリル酸のメチル、エチル、ブチル、オクチル、ドデシル等のアルキルエステル；ヒドロキシエチル、ヒドロキシブチル等のヒドロキシアルキルエステル；グリシジルエステル等のケイ素を含まない(メタ)アクリレートとの共重合体等が挙げられる。該共重合体には、更に、(メタ)アクリル酸のパーフルオロアルキルエステル及び部分フッ素化アルキルエステル、並びにパーフルオロアルキル基又は部分フッ素化アルキル基が有機連結基を介して連結された(メタ)アクリル酸エステル等のフッ素含有(メタ)アクリレートを少量共重合させてもよい。また、上記ポリシロキサン基含有(メタ)アクリレートとしては、ポリシロキサン鎖の片末端又は両末端に２価の連結基を介して、(メタ)アクリロイル基が連結された(メタ)アクリル酸エステル等が挙げられる。一方、上記シリコーン樹脂は、例えば、オルガノクロロシラン類を加水分解し、重合して得られる三次元網目構造を有するポリマーであり、メチルトリクロロシラン、フェニルトリクロロシラン等の３官能性モノマーを主たるモノマーとし、任意にジメチルジクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン等の２官能性モノマー、クロロシラン等の単官能性モノマーを組み合わせて製造される。また、該シリコーン樹脂をアルキッド変性、ポリエステル変性、エポキシ変性又はフェノール変性等して得た変性シリコーン樹脂を用いることもできる。また、非電子線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物としては、アルコキシシラン（珪酸エステル）類であるシリケートおよびそれらを重合して得られる重合物も使用でき、これらシリケート類としてはメチルシリケート、エチルシリケート、プロピルシリケート、およびブチルシリケート等が挙げられる。これら非電子線硬化型ケイ素含有樹脂及び／又は化合物は、１種単独で使用してもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。

一方、上記樹脂被覆層に用いる電子線硬化型樹脂としては、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ル樹脂、ビニルエーテル系樹脂、ビニルエステル系樹脂及びこれら樹脂に特定の官能基を導入した変性樹脂等が挙げられ、これら樹脂は、１種単独でも、２種以上を混合して用いてもよい。また、上記樹脂被覆層には、力学的強度、耐環境特性を改善するために架橋構造を導入することが好ましい。

上記電子線硬化型樹脂は、電子線により重合可能な炭素原子間二重結合を有し且つケイ素を含む樹脂及び／又は化合物を電子線照射により硬化させてなる。なお、上記電子線により重合可能な炭素原子間二重結合を有し且つケイ素を含む樹脂及び／又は化合物は、１種単独で使用してもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。

上記電子線硬化型樹脂の形成に用いられる重合可能な炭素原子間二重結合を有しケイ素を含む樹脂及び／又は化合物としては、両末端反応性シリコーンオイル類、片末端反応性シリコーンオイル類、(メタ)アクリロキシアルキルシラン類が好ましい。また、反応性シリコーンオイル類としては、末端に(メタ)アクリル基を導入したものが好ましい。なお、重合可能な炭素原子間二重結合を有するケイ素含有樹脂及び／又は化合物のケイ素含有率は、0.01〜40質量％の範囲が好ましく、0.05〜35質量％の範囲が更に好ましく、0.1〜30質量％の範囲が特に好ましい。

上記両末端反応性シリコーンオイル類としては、上記式(III)で表されるシリコーンオイルを用いる。該両末端反応性シリコーンオイル類としては、市販品を利用することができ、例えば、信越化学工業(株)製の品名「Ｘ-２２-１６４Ａ」（粘度25mm²/s、官能基当量860g/mol）、品名「Ｘ-２２-１６４Ｂ」（粘度55mm²/s、官能基当量1630g/mol）、品名「Ｘ-２２-１６４Ｃ」（粘度90mm²/s、官能基当量2370g/mol）、東レ・ダウコーニング・シリコーン(株)製の品番「ＢＸ１６-１５２Ｂ」（粘度40cs/25℃、メタクリル基当量1300g/mol、25℃での比重0.97）、品番「ＢＹ１６-１５２」（粘度85cs/25℃、メタクリル基当量2800g/mol、25℃での比重0.97）、品番「ＢＸ２-１５２Ｃ」（粘度330cs/25℃、メタクリル基当量5100g/mol、25℃での比重0.97）等を用いることができる。

また、上記片末端反応性シリコーンオイル類としては、上記式(IV)で表されるシリコーンオイル及び／又は上記式(V)で表されるシリコーンオイルを用いる。該片末端反応性シリコーンオイル類としては、市販品を利用することができ、例えば、信越化学工業(株)製の品名「Ｘ-２４-８２０１」（粘度25mm²/s、官能基当量2100g/mol）、品名「Ｘ-２２-１７４ＤＸ」（粘度60mm²/s、官能基当量4600g/mol）、品名「Ｘ-２２-２４２６」（粘度180mm²/s、官能基当量12000g/mol）、東レ・ダウコーニング・シリコーン(株)製の品番「ＢＸ１６-１２２Ａ」（粘度5cs/25℃、屈折率1.417、25℃での比重0.92）等を用いることができる。

また、上記(メタ)アクリロキシアルキルシラン類としては、３-メタクリロキシプロピルジクロロメチルシラン［ＣＨ₂＝Ｃ(ＣＨ₃)ＣＯＯ(ＣＨ₂)₃ＳｉＣｌ₂ＣＨ₃］、３-アクリロキシプロピルジメトキシメチルシラン［ＣＨ₂＝ＣＨＣＯＯ(ＣＨ₂)₃Ｓｉ(ＯＣＨ₃)₂ＣＨ₃］、３-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン［ＣＨ₂＝ＣＨＣＯＯ(ＣＨ₂)₃Ｓｉ(ＯＣＨ₃)₃］、３-メタクリロキシプロピルジメトキシメチルシラン［ＣＨ₂＝Ｃ(ＣＨ₃)ＣＯＯ(ＣＨ₂)₃Ｓｉ(ＯＣＨ₃)₂ＣＨ₃］、３-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン［ＣＨ₂＝Ｃ(ＣＨ₃)ＣＯＯ(ＣＨ₂)₃Ｓｉ(ＯＣＨ₃)₃］、３-メタクリロキシプロピルジエトキシメチルシラン［ＣＨ₂＝Ｃ(ＣＨ₃)ＣＯＯ(ＣＨ₂)₃Ｓｉ(ＯＣ₂Ｈ₅)₂ＣＨ₃］、３-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン［ＣＨ₂＝Ｃ(ＣＨ₃)ＣＯＯ(ＣＨ₂)₃Ｓｉ(ＯＣ₂Ｈ₅)₃］等が挙げられる。該(メタ)アクリロキシアルキルシラン類としては、市販品を利用することができ、例えば、信越化学工業(株)製の品番「ＬＳ-２０８０」、「ＬＳ-２８２６」、「ＬＳ-２８２７」、「ＬＳ-３３７５」、「ＬＳ-３３８０」、「ＬＳ-４５４８」、「ＬＳ-５１１８」等を用いることができる。

上記樹脂被覆層の形成に用いる塗工液には、更に必要に応じて重合性二重結合を有する反応性希釈剤、導電剤等の各種添加剤を配合してもよい。塗工液に重合性二重結合を有する反応性希釈剤を配合することで、塗工液の粘度を調整することができる。該反応性希釈剤としては、アミノ酸や水酸基を含む化合物に、(メタ)アクリル酸がエステル化反応及びアミド化反応で結合した構造の単官能、２官能または多官能の重合性化合物等を使用することができる。上記反応性希釈剤の配合量は、上記電子線により重合可能な樹脂及び化合物の合計100質量部に対して10〜200質量部の範囲が好ましい。

また、上記塗工液に用いる導電剤としては、カーボン系電子導電剤を用いる。なお、電子線は、カーボン系の電子導電剤に吸収され難いため、本発明においては、カーボン系の電子導電剤も樹脂被覆層に好適に用いることができる。ここで、カーボン系電子導電剤としては、ケッチェンブラック、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ブラック、酸化処理等を施したカラー用カーボンブラック、熱分解カーボンブラック、天然グラファイト、人造グラファイト、カーボンウィスカー、黒鉛ウィスカー等が挙げられる。上記電子導電剤の配合量は、上記非電子線硬化型ケイ素含有樹脂及び化合物と電子線により重合可能な樹脂及び化合物との合計100質量部に対して100質量部以下が好ましく、1〜80質量部の範囲が更に好ましく、10〜50質量部の範囲がより一層好ましい。

上記樹脂被覆層の厚さは、1〜500μmの範囲が好ましく、3〜200μmの範囲が更に好ましく、5〜100μmの範囲がより一層好ましい。樹脂被覆層の厚さが1μm未満では、長期使用時の摩擦により現像ローラ表面の電気性能を十分に確保することができない場合があり、500μmを超えると、現像ローラ表面が硬くなり、トナーにダメージを与えて感光ドラムや成層ブレードヘのトナーの固着が発生して、画像不良が発生する場合がある。

本発明の現像ローラは、電気抵抗が10³〜10¹⁰Ωであるのが好ましく、10⁴〜10⁸Ωであるのが更に好ましい。現像ローラの抵抗値が10³Ω未満では、階調性コントロールが難しく、また、感光ドラム等に欠陥があった場合、バイアスリークが生じることがある。一方、現像ローラの抵抗値が10¹⁰Ωを超えると、トナーを感光ドラム等に現像する際に、現像バイアスが現像ローラ自体の高抵抗により電圧降下を起こし、現像に十分な現像バイアスが確保できなくなって、十分な画像濃度が得られなくなる。なお、抵抗値の測定は、例えば、平板又は円筒状の対極に現像ローラの外周面を所定圧力で押し当て、シャフトと対極との間に100Ｖの電圧を印加し、その際の電流値から求めることができる。なお、現像ローラの抵抗値を適正且つ均一に制御することは、トナーが移動するための電界強度を適正且つ均一に保つ点で重要である。

本発明の画像形成装置は、表面の摩擦抵抗が低く、耐久性に優れた上述の現像ローラを備えることを特徴とし、長期に渡って良好な画像を形成することができる。本発明の画像形成装置は、上記現像ローラを用いる以外、特に制限はなく、公知の方法で製造することができる。

以下に、図を参照して本発明の画像形成装置を詳細に説明する。図２は、本発明の画像形成装置の一例の部分断面図である。図示例の画像形成装置は、トナー５を供給するためのトナー供給ローラ６と、静電潜像を保持した感光ドラム７と、トナー供給ローラ６と感光ドラム７との間に配置された上述の現像ローラ１と、現像ローラ１の近傍（図では上部）に設けられた成層ブレード８と、感光ドラム７の近傍（図では上方）に位置する帯電ローラ９と、感光ドラム７の近傍（図では下方）に位置する転写ローラ１０と、感光ドラム７に隣接して設けられたクリーニング部１１とを具える。なお、本発明の画像形成装置は、更に画層形成装置に通常用いられる公知の部品（図示せず）を備えることができる。

図示例の画像形成装置においては、帯電ローラ９によって、感光ドラム７が一定電位に帯電した後、露光機（図示せず）により静電潜像が感光ドラム７上に形成される。次に、トナー供給ローラ６と、現像ローラ１と、感光ドラム７とが、図中の矢印方向に回転することで、トナー供給ローラ６上のトナー５が現像ローラ１を経て感光ドラム７に送られる。現像ローラ１上のトナー５は、成層ブレード８により、均一な薄層に整えられ、現像ローラ１と感光ドラム７とが接触しながら回転することにより、トナー５が現像ローラ１から感光ドラム７の静電潜像に付着し、該潜像が可視化する。潜像に付着したトナー５は、転写ローラ１０で紙等の記録媒体に転写され、また、転写後に感光ドラム７上に残留するトナー５は、クリーニング部１１のクリーニングブレード１２によって除去される。ここで、本発明の画像形成装置においては、現像ローラ１に、上述した表面の摩擦抵抗が低く、長期間使用しても摩耗し難く、耐久性に優れた本発明の現像ローラを用いることで、長期に渡って良好な画像を形成することが可能となる。また、該現像ローラ１は、樹脂被覆層４中の未反応化合物の残留が十分に抑制されているため、感光ドラム７を汚染することがない。

以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。

（実施例１）
サンニックスＦＡ９５２［三洋化成工業株式会社製ポリエーテルポリオール、ＯＨ価＝37］100質量部、ＳＲＸ２７４Ｃ［東レダウコーニングシリコーン株式会社製整泡剤］1質量部、ＴＯＹＯＣＡＴＮＰ［東ソー株式会社製アミン触媒］2.8質量部、ＴＯＹＯＣＡＴＥＰ［東ソー株式会社製アミン触媒］1.5質量部及びサンフォームＩＣ-７１６［三洋化成株式会社トリレンジイソシアネート］59質量部を機械的に撹拌して発泡させた。

次に、内径16mm、長さ250mmで、表面をフッ素加工した金属製円筒型モールドの片側開口部から、外径8.0mm、長さ240mmの金属製シャフトを配置し、上記の発泡ポリウレタン原料8.0gを発泡機から注入した。

次に、発泡ポリウレタン原料が注入されたモールドを80℃のオーブン中で20分間加熱した後脱型し、外径16mm、フォーム部分の全長が230mmのウレタンフォームからなる弾性層を備えたローラ本体を作製した。

上記ローラ本体の外周面に表１に示す配合の塗工液をロールコーターで塗布し、ウシオ電機(株)製Ｍｉｎ−ＥＢ装置を用いてローラを回転させながら、加速電圧30kＶ、管電流300μＡ、照射距離100mm、窒素雰囲気760Torr、照射時間1分の条件で電子線照射したところ、塗工液が瞬時に硬化して弾力性のある樹脂被覆層が形成され、ローラ本体の外周面に樹脂被覆層を備えた現像ローラが得られた。得られた現像ローラのトナー帯電量、トナー搬送量を公知の方法で評価し、また、現像ローラを画像形成装置に組み込み、画像濃度、ハーフトーン斑の有無、かぶりの有無、先後端濃度差を公知の方法で評価し、更に10000枚印刷した後の現像ローラ表面のトナー付着、また現像ローラ画像形成装置に組み込み、画像濃度、ハーフトーン斑の有無、かぶりの有無、先後端濃度差を調べた。これらの結果を表１に示す。

（実施例２）
ムーニー粘度ＭＬ₁₊₄（100℃）が70のＮｉｐｏｌＩＲ２２００Ｌ（日本ゼオン製）100質量部、平均分子量29000のＬＩＲ-３０（クラレ製）60質量部、カーボンブラックＴＢ＃５５００（東海カーボン製）28質量部、亜鉛華5質量部、ステアリン酸1質量部、パーヘキサＣ-４０（日本油脂製）9質量部を５５Ｌニーダーを用いて混錬し、ゴム組成物を準備した。接着剤を付けた外径寸法φ8mmの芯金にゴム組成物を三葉製作所のクロスヘッド式押し出し機を用いて円筒状に押し出し、未加硫ゴム／芯金一体成型物を得た。これを円筒状の金型内にセットし、3.2×10⁶Paの圧力をかけ175℃で20分間、加硫を行った。割り金型の圧力を開放し、ゴムローラを得、さらに180℃のオーブン中で4時間加硫を行った。得られたローラを回転砥石によりφ16mmの径にプランジ式研磨を行い、ゴムローラを得た。上記ローラ本体の外周面に表１に示す配合の塗工液を用いて樹脂被覆層を形成する以外は実施例１と同様にして現像ローラを製造した。得られた現像ローラの物性及び性能を表１に示す。

（実施例３）
ヨウ素価が36、ムーニー粘度ＭＬ₁₊₄（100℃）が39のＥＰＤＭ100質量部に対してカーボンブラックＴＢ＃５５００（東海カーボン製）50質量部、炭酸カルシウムとしてノーベライトＡ（日本粉化工業製）36質量部、ダイアナプロセスオイルＰＷ９０（出光興産製）60質量部、亜鉛華3質量部、ステアリン酸2質量部、加硫促進剤２-メルカプトチアゾール1質量部、硫黄1.5質量部、発泡剤ネオセルボンＮ＃１０００Ｍ（永和化成工業製）6質量部を５５Ｌニーダーを用いて混錬し、発泡ゴム組成物を準備した。接着剤を付けた外径寸法φ8mmの芯金に発泡ゴム組成物を三葉製作所のクロスヘッド式押し出し機を用いて円筒状に押し出し未加硫ゴム／芯金一体成型物を得た。これを円筒状の金型内にセットし、3.2×10⁶Paの圧力をかけ175℃で20分間、加硫・発泡を行った。割り金型の圧力を開放し、スキン層付きの発泡ゴムローラを得、さらに180℃のオーブン中で4時間加硫を行った。得られたローラを回転砥石によりφ16mmの径にプランジ式研磨を行い、発泡ゴムローラを得た。上記ローラ本体の外周面に表１に示す配合の塗工液を用いて樹脂被覆層を形成する以外は実施例１と同様にして現像ローラを製造した。得られた現像ローラの物性及び性能を表１に示す。

（実施例４）
液状シリコーンＬＩＭ液＃２０９０（東レ・ダウコーニング・シリコーン製）を撹拌脱泡したのち、外径寸法がφ8mmの芯金をセットした筒形状のモールド金型に注入し、120℃で30分間熱風循環オーブンにて加熱キュアーした。筒形状のモールドから芯金つきローラを取り出し、200℃で4時間熱風循環オーブンにて加熱キュアーしローラを得た。上記ローラ本体の外周面に表１に示す配合の塗工液を用いて樹脂被覆層を形成する以外は実施例１と同様にして現像ローラを製造した。得られた現像ローラの物性及び性能を表１に示す。

(実施例５)
グリセリンにプロピレンオキサイドを付加した3官能で分子量9,000のポリエーテルポリオール100質量部に導電性カーボン1.6質量部とジブチル錫ジラウレート0.15質量部を加え十分に撹拌混合した後、減圧下で撹拌しながら20分間脱泡して、これをポリオール成分とした。ポリオール成分の水酸基価は19mgKOH/gであった。一方、ＮＣＯ含有率が11％のポリプロピレングリコール変性ポリメリックＭＤＩをイソシアネート成分として減圧下で撹拌しながら20分間脱泡して、これをイソシアネート成分とした。ポリオール成分とイソシアネート成分の比率が101.75/13.70（イソシアネートインデックス：103）の割合になるようにして２成分注型機にてポリオールとイソシアネートを3000rpmで高速撹拌混合し、混合したウレタン原液を外径寸法がφ8mmの芯金をセットした筒形状のモールド金型に注入し、90℃で60分間熱風循環オーブンにて加熱キュアーした。筒形状のモールドから芯金つきウレタン・ローラを取り出し、ローラを得た。上記ローラ本体の外周面に表１に示す配合の塗工液を用いて樹脂被覆層を形成する以外は実施例１と同様にして現像ローラを製造した。得られた現像ローラの物性及び性能を表１に示す。

（実施例６）
表２に示す配合の塗工液を用いて樹脂被覆層を形成する以外は実施例１と同様にして現像ローラを製造した。得られた現像ローラの物性及び性能を表２に示す。

（実施例７）
表２に示す配合の塗工液を用いて樹脂被覆層を形成する以外は実施例１と同様にして現像ローラを製造した。得られた現像ローラの物性及び性能を表２に示す。

（実施例８）
実施例１で作製したウレタンフォームからなる弾性層を備えたローラ本体上にＵＲ８４０１（東洋紡製）100質量部、コロネートＨＸ（日本ポリウレタン製）5質量部、カーボンブラックＰｒｉｎｔｅｘ３５（デグッサ製）25質量部、ＭＥＫ（メチルエチルケトン）100質量部からなる塗料を50μmの厚さに塗布した後100℃で1時間加熱硬化した。得られたローラを表２に示す配合の塗工液を用いて樹脂被覆層を形成し現像ローラを製造した。得られた現像ローラの物性及び性能を表２に示す。

（比較例１）
表２に示す配合の塗工液を用いて樹脂被覆層を形成する以外は実施例１と同様にして現像ローラを製造した。得られた現像ローラの物性及び性能を表２に示す。

（比較例２）
表２に示す配合の塗工液を用いて樹脂被覆層を形成する以外は実施例２と同様にして現像ローラを製造した。得られた現像ローラの物性及び性能を表２に示す。

評価方法：
（１）画像評価
画像形成装置：市販レーザープリンター
カートリッジ色：シアン
（２）表面粗さ
サーフコム590A（東京精密製）
（３）抵抗値
R8340A ULTRA HIGH RESISTANCE METER (ADVANTEST製)
測定条件：シャフトとローラ表面間の印加電圧100Ｖ
ローラ両端に500gの荷重をかけ静止状態で測定

表１及び表２から明らかなように、実施例の現像ローラは、樹脂被覆層の摩擦抵抗が小さいため、該現像ローラを組み込んだ画像形成装置を長時間使用しても現像ローラ表面が摩耗しにくく、長期に渡って良好な画像が得られた。また、実施例の現像ローラは、樹脂被覆層中の未反応化合物の残存量が十分に抑制されているため、感光ドラムを汚染することがなかった。

本発明の現像ローラの一例の断面図である。本発明の画像形成装置の一例の部分断面図である。

符号の説明

１現像ローラ
２シャフト
３弾性層
４樹脂被覆層
５トナー
６トナー供給ローラ
７感光ドラム
８成層ブレード
９帯電ローラ
１０転写ローラ
１１クリーニング部
１２クリーニングブレード

Claims

シャフトと、該シャフトの外周に形成された弾性層と、該弾性層の外周面に形成された少なくとも一層の樹脂被覆層とを備えた現像ローラにおいて、
前記樹脂被覆層が非電子線硬化型のケイ素含有樹脂及び／又は化合物と電子線硬化型樹脂とカーボン系電子導電剤とを含み、
前記樹脂被覆層が、非電子線硬化型のケイ素含有樹脂及び／又は化合物と電子線により重合可能な炭素原子間二重結合を有し且つケイ素を含む樹脂及び／又は化合物とを含む塗工液を前記弾性層の外周面に塗布した後、電子線照射により前記電子線により重合可能な炭素原子間二重結合を有し且つケイ素を含む樹脂及び／又は化合物を硬化させてなり、
前記電子線により重合可能な炭素原子間二重結合を有し且つケイ素を含む樹脂及び／又は化合物が、両末端反応性シリコーンオイル類、片末端反応性シリコーンオイル類及び(メタ)アクリロキシアルキルシラン類からなる群から選択される少なくとも一種であり、
前記両末端反応性シリコーンオイル類が下記式(III)：

（式中、ｐは繰り返し単位数である）で表されるシリコーンオイルであり、
前記片末端反応性シリコーンオイル類が下記式(IV)：

（式中、Ｒ ³ は、メチル基又はブチル基であり、ｑは繰り返し単位数である）で表されるシリコーンオイル及び／又は下記式(V)：

で表されるシリコーンオイルである
ことを特徴とする現像ローラ。
前記非電子線硬化型のケイ素含有樹脂及び／又は化合物が、ケイ素含有(メタ)アクリレート系樹脂及び化合物、並びにシリコーン樹脂からなる群から選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項１に記載の現像ローラ。
前記電子線硬化型樹脂がケイ素含有電子線硬化型樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の現像ローラ。
前記樹脂被覆層の厚さが1〜500μm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１〜４のいずれかに記載の現像ローラを備えた画像形成装置。