JP4925675B2

JP4925675B2 - 導電性弾性ローラ及びそれを備えた画像形成装置

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Publication number: JP4925675B2
Application number: JP2006025995A
Authority: JP
Inventors: 純二坂田
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2006-02-02
Publication date: 2012-05-09
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Also published as: JP2007206438A

Description

本発明は、導電性弾性ローラ及び該導電性弾性ローラを備えた画像形成装置に関し、特に現像ローラ及び帯電ローラ等として好適で、感光体等の隣接部材に対する汚染性が改良された弾性層を有する導電性弾性ローラに関するものである。

一般に、複写機、ファクシミリ、レーザービームプリンタ（ＬＢＰ）等の電子写真方式の画像形成装置においては、現像ローラ、帯電ローラ、トナー供給ローラ、転写ローラ、給紙ローラ、クリーニングローラ、定着用の加圧ローラ等として、ロール形状の導電性弾性部材、即ち、導電性弾性ローラが多用されており、該導電性弾性ローラは、通常、長さ方向両端部を軸支されて取り付けられるシャフト部材と、該シャフト部材の半径方向外側に配設された一層以上の弾性層とを備えている。

上記導電性弾性ローラのシャフト部材には、鉄やステンレス等の金属の他、エンジニアリングプラスチック等の種々の樹脂が用いられる。一方、上記導電性弾性ローラの弾性層には、熱硬化性ウレタン樹脂等の種々の熱硬化性樹脂が用いられており、樹脂原料を所望のキャビティー形状を有するモールドに注入し加熱して、樹脂原料を加熱硬化させる等して、製造されている（下記特許文献１参照）。

特開２００４−１５０６１０号公報

しかしながら、熱硬化性ウレタン樹脂等を弾性層に用いて、導電性弾性ローラを製造する場合、樹脂原料を加熱硬化させる必要があるため、大量の熱エネルギーを必要とし、また、硬化にも相当の時間を要していた。更に、加熱硬化させるために、キュアー炉等の多額の設備費用がかかるという問題もあった。

これに対して、本発明者らは、弾性層に熱硬化型樹脂ではなく、紫外線硬化型樹脂を用いた導電性弾性ローラについて検討したが、一般的なウレタンアクリレートオリゴマーを用いた紫外線硬化型樹脂は、隣接部材への汚染性が高いことが分った。ここで、隣接部材への汚染性が高い弾性層を有するローラを画像形成装置の現像ローラ等として使用した場合、感光体等の隣接部材を汚染してしまい、画像不良が発生し易くなる。従って、導電性弾性ローラの弾性層は、隣接部材への汚染性が十分に低い必要がある。

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、大量の熱エネルギーを必要とせず、短時間で製造することが可能で、多額の設備費用を要せず、更には、弾性層の隣接部材に対する汚染性が改良された導電性弾性ローラを提供することにある。また、本発明の他の目的は、かかる導電性弾性ローラを用いた、良好な画像を安定して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。

本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、特定の原料を用いて合成したウレタンアクリレートオリゴマー、光重合開始剤及び導電剤を含む原料組成物を紫外線照射で硬化させて弾性層を形成することで、大量の熱エネルギーを必要とせず、短時間で製造することが可能で、多額の設備費用を要せず、弾性層の隣接部材に対する汚染性が改良された導電性弾性ローラが得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。

即ち、本発明の導電性弾性ローラは、シャフト部材と、該シャフト部材の半径方向外側に配設された一層以上の弾性層とを備え、
前記弾性層の少なくとも一層が、ウレタンアクリレートオリゴマー（Ａ）、光重合開始剤（Ｂ）及び導電剤（Ｃ）を含む弾性層用原料を紫外線照射で硬化させて得た紫外線硬化型樹脂からなり、
前記ウレタンアクリレートオリゴマー（Ａ）が、ポリテトラメチレングリコール由来のポリマー鎖を含むことを特徴とする。

本発明の導電性弾性ローラの好適例においては、前記ウレタンプレポリマーの合成に用いるポリテトラメチレングリコールの分子量が650〜3,000である。

本発明の導電性弾性ローラの他の好適例においては、前記ウレタンプレポリマーの合成に用いるポリテトラメチレングリコール（ａ１）と他のポリオール（ａ２）との質量比（ａ１／ａ２）が100／0〜30／70の範囲にある。

本発明の導電性弾性ローラの他の好適例においては、前記弾性層用原料が更にアクリレートモノマー（Ｄ）を含む。

本発明の導電性弾性ローラの他の好適例においては、前記導電剤（Ｃ）がイオン導電剤である。

本発明の導電性弾性ローラにおいて、前記紫外線硬化型樹脂に用いられる弾性層用原料は、
前記ウレタンアクリレートオリゴマー（Ａ）と前記アクリレートモノマー（Ｄ）との質量比（Ａ／Ｄ）が100／0〜10／90の範囲にあり、
前記ウレタンアクリレートオリゴマー（Ａ）と前記アクリレートモノマー（Ｄ）との合計100質量部に対して、前記光重合開始剤（Ｂ）を0.2〜5.0質量部、前記導電剤（Ｃ）を0.1〜5.0質量部含有することが好ましい。

本発明の導電性弾性ローラの他の好適例においては、前記シャフト部材が、金属シャフト又は該金属シャフトの外側に高剛性の樹脂基材を配設したシャフトであり、
前記金属シャフトの外径が4.0〜8.0mmで、前記樹脂基材の外径が10〜25mmである。

本発明の導電性弾性ローラにおいて、前記弾性層は、アスカーＣ硬度が30度〜70度であることが好ましく、また、厚さが1〜3000μmであることが好ましい。

本発明の導電性弾性ローラは、現像ローラ及び帯電ローラとして好適である。

また、本発明の画像形成装置は、上記の導電性弾性ローラを用いたことを特徴とする。

本発明によれば、ポリテトラメチレングリコールを用いて合成したウレタンアクリレートオリゴマー（Ａ）、光重合開始剤（Ｂ）及び導電剤（Ｃ）を含む弾性層用原料を紫外線照射で硬化させて、弾性層の少なくとも一層を形成することで、大量の熱エネルギーを必要とせず、短時間で製造することが可能で、多額の設備費用を要せず、弾性層の隣接部材に対する汚染性が改良された導電性弾性ローラを提供することができる。また、かかる導電性弾性ローラを備え、良好な画像を安定して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。

＜導電性弾性ローラ＞
以下に、本発明の導電性弾性ローラを、図１を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の導電性弾性ローラの一例の断面図である。図示例の導電性弾性ローラ１は、長さ方向両端部を軸支されて取り付けられるシャフト部材２と、該シャフト部材２の半径方向外側に配設された弾性層３とを備える。なお、図１に示す導電性弾性ローラ１は、弾性層３を一層のみ有するが、本発明の導電性弾性ローラは、弾性層を二層以上有していてもよい。また、図示しないが、本発明の導電性弾性ローラは、弾性層３の半径方向外側に塗膜層を備えていてもよい。

図１において、シャフト部材２は、金属シャフト２Ａと、該金属シャフト２Ａの半径方向外側に配設された高剛性の樹脂基材２Ｂとからなるが、本発明の導電性弾性ローラのシャフト部材は、良好な導電性を有する限り特に制限はなく、金属シャフト２Ａのみから構成されていてもよいし、高剛性の樹脂基材のみから構成されていてもよいし、内部を中空にくりぬいた金属製又は高剛性樹脂製の円筒体等であってもよい。なお、シャフト部材２に高剛性の樹脂を使用する場合、高剛性樹脂に導電剤を添加・分散させて、十分に導電性を確保することが好ましい。ここで、高剛性樹脂に分散させる導電剤としては、カーボンブラック粉末、グラファイト粉末、カーボンファイバー、アルミニウム、銅、ニッケル等の金属粉末、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛等の金属酸化物粉末、導電性ガラス粉末等の粉末状導電剤が好ましい。これら導電剤は、１種単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。該導電剤の配合量は、特に制限されるものではないが、高剛性樹脂の全体に対して5〜40質量％の範囲が好ましく、5〜20質量％の範囲が更に好ましい。

上記金属シャフト２Ａや金属製円筒体の材質としては、鉄、ステンレス、アルミニウム等が挙げられる。また、上記高剛性の樹脂基材２Ｂの材質としては、ポリアセタール、ポリアミド６、ポリアミド６・６、ポリアミド１２、ポリアミド４・６、ポリアミド６・１０、ポリアミド６・１２、ポリアミド１１、ポリアミドＭＸＤ６、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアリレート、液晶ポリマー、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン、ポリエチレン、メラミン樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。これらの中でも、ポリアセタール、ポリアミド６・６、ポリアミドＭＸＤ６、ポリアミド６・１２、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネートが好ましい。これら高剛性樹脂は、１種単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

上記シャフト部材が、金属シャフト又は該金属シャフトの外側に高剛性の樹脂基材を配設したシャフトである場合、該金属シャフトの外径は、4.0〜8.0mmの範囲が好ましい。また、上記シャフト部材が、金属シャフトの外側に高剛性の樹脂基材を配設したシャフトである場合、該樹脂基材の外径は、10〜25mmの範囲が好ましい。なお、上記シャフト部材に高剛性樹脂を使用することで、シャフト部材の外径を大きくしても、シャフト部材の質量の増加を抑制することができる。

本発明の導電性弾性ローラは、弾性層の少なくとも一層が、ウレタンアクリレートオリゴマー（Ａ）、光重合開始剤（Ｂ）及び導電剤（Ｃ）を含む弾性層用原料を紫外線照射で硬化させて得られる紫外線硬化型樹脂からなる。なお、該弾性層用原料には、本発明の目的を害しない限り、種々の添加剤を配合することができる。

上記弾性層用原料に用いるウレタンアクリレートオリゴマー（Ａ）は、ポリテトラメチレングリコール由来のポリマー鎖を含み、例えば、ポリテトラメチレングリコール（ＰＴＭＧ）単独又はポリテトラメチレングリコール（ＰＴＭＧ）及び他のポリオールの混合物と、ポリイソシアネートとから合成したウレタンプレポリマーに、水酸基を有するアクリレートを付加させて合成することができ、アクリロイルオキシ基（ＣＨ₂＝ＣＨＣＯＯ−）を１つ以上有し、ウレタン結合（−ＮＨＣＯＯ−）を複数有する化合物である。なお、ウレタンプレポリマーの合成に用いるポリテトラメチレングリコールは、特に限定されるものではないが、例えば、ＴＨＦの開環重合等で製造することができる。一般的なウレタンアクリレートオリゴマーを用いて紫外線照射により弾性層を形成すると、ローラの隣接部材に対する汚染性が高いが、驚くべきことに、ポリテトラメチレングリコールを用いて合成したウレタンアクリレートオリゴマー（Ａ）を用いて紫外線照射により弾性層を形成することで、ローラの隣接部材に対する汚染性を低減することができる。これは、ポリテトラメチレングリコールを用いて合成したウレタンアクリレートオリゴマー（Ａ）を含む弾性層用原料の紫外線による硬化性が、一般的なウレタンアクリレートオリゴマーを含む弾性層用原料の紫外線による硬化性よりも高いことに起因するものと考えられる。

上記ウレタンプレポリマーの合成に用いるポリテトラメチレングリコールは、分子量が650〜3,000の範囲にあることが好ましい。なお、該分子量は、数平均分子量である。ポリテトラメチレングリコールの分子量が650未満では、紫外線硬化樹脂の硬度が高すぎ、導電性弾性ローラに適さず、一方、3,000を超えると、液粘度が高くなり製造に適さない。

また、上記ウレタンプレポリマーの合成において、上記ポリテトラメチレングリコールと共に用いることができる他のポリオールは、水酸基（ＯＨ基）を複数有する化合物であり、該ポリオールとして、具体的には、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリブタジエンポリオール、アルキレンオキサイド変性ポリブタジエンポリオール及びポリイソプレンポリオール等が挙げられる。なお、上記ポリエーテルポリオールは、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン等の多価アルコールに、エチレンオキシドやプロピレンオキシド等のアルキレンオキサイドを付加させて得られ、また、上記ポリエステルポリオールは、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、１,４-ブタンジオール、１,６-ヘキサンジオール、プロピレングリコール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン等の多価アルコールと、アジピン酸、グルタル酸、コハク酸、セバシン酸、ピメリン酸、スベリン酸等の多価カルボン酸とから得られる。これらポリオールは、１種単独で用いてもよいし、２種以上をブレンドして用いてもよい。

上記ウレタンプレポリマーの合成において、上記ポリテトラメチレングリコール（ａ１）と共に他のポリオール（ａ２）を使用する場合、ポリテトラメチレングリコール（ａ１）と他のポリオール（ａ２）との質量比（ａ１／ａ２）は、100／0〜30／70の範囲にあることが好ましい。ポリテトラメチレングリコール（ａ１）と他のポリオール（ａ２）との総量（ａ１＋ａ２）に占めるポリテトラメチレングリコール（ａ１）の割合を30質量％以上とすることで（即ち、他のポリオール（ａ２）の割合を70質量％以下とすることで）、導電性弾性ローラの感光体等の隣接部材に対する汚染性を十分に低減することができる。

上記ウレタンプレポリマーの合成に用いるポリイソシアネートは、イソシアネート基（ＮＣＯ基）を複数有する化合物であって、該ポリイソシアネートとして、具体的には、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、粗製ジフェニルメタンジイソシアネート（クルードＭＤＩ）、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、水素添加ジフェニルメタンジイソシアネート、水素添加トリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）や、これらのイソシアヌレート変性物、カルボジイミド変性物、グリコール変性物等が挙げられる。これらポリイソシアネートは、１種単独で用いてもよいし、２種以上をブレンドして用いてもよい。

上記ウレタンプレポリマーの合成においては、ウレタン化反応用の触媒を用いることが好ましい。該ウレタン化反応用触媒としては、ジブチルスズジラウレート，ジブチルスズジアセテート，ジブチルスズチオカルボキシレート，ジブチルスズジマレエート，ジオクチルスズチオカルボキシレート，オクテン酸スズ，モノブチルスズオキシド等の有機スズ化合物；塩化第一スズ等の無機スズ化合物；オクテン酸鉛等の有機鉛化合物；トリエチルアミン，ジメチルシクロヘキシルアミン等のモノアミン類；テトラメチルエチレンジアミン，テトラメチルプロパンジアミン，テトラメチルヘキサンジアミン等のジアミン類；ペンタメチルジエチレントリアミン，ペンタメチルジプロピレントリアミン，テトラメチルグアニジン等のトリアミン類；トリエチレンジアミン，ジメチルピペラジン，メチルエチルピペラジン，メチルモルホリン，ジメチルアミノエチルモルホリン，ジメチルイミダゾール，ピリジン等の環状アミン類；ジメチルアミノエタノール，ジメチルアミノエトキシエタノール，トリメチルアミノエチルエタノールアミン，メチルヒドロキシエチルピペラジン，ヒドロキシエチルモルホリン等のアルコールアミン類；ビス(ジメチルアミノエチル)エーテル，エチレングリコールビス(ジメチル)アミノプロピルエーテル等のエーテルアミン類；ｐ-トルエンスルホン酸，メタンスルホン酸，フルオロ硫酸等の有機スルホン酸；硫酸，リン酸，過塩素酸等の無機酸；ナトリウムアルコラート，水酸化リチウム，アルミニウムアルコラート，水酸化ナトリウム等の塩基類；テトラブチルチタネート，テトラエチルチタネート，テトライソプロピルチタネート等のチタン化合物；ビスマス化合物；四級アンモニウム塩等が挙げられる。これら触媒の中でも、有機スズ化合物が好ましい。これら触媒は、一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。上記触媒の使用量は、上記ポリオール100質量部に対して0.001〜2.0質量部の範囲が好ましい。

また、上記ウレタンプレポリマーに付加させる水酸基を有するアクリレートは、水酸基を１つ以上有し、アクリロイルオキシ基（ＣＨ₂＝ＣＨＣＯＯ−）を１つ以上有する化合物である。該水酸基を有するアクリレートは、上記ウレタンプレポリマーのイソシアネート基に付加することができる。該水酸基を有するアクリレートとしては、２-ヒドロキシエチルアクリレート、２-ヒドロキシプロピルアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート等が挙げられる。これら水酸基を有するアクリレートは、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い。

上記弾性層用原料に用いる光重合開始剤（Ｂ）は、紫外線を照射されることによって、上述したウレタンアクリレートオリゴマー（Ａ）、更には後述するアクリレートモノマー（Ｄ）の重合を開始させる作用を有する。該光重合開始剤（Ｂ）としては、４-ジメチルアミノ安息香酸、４-ジメチルアミノ安息香酸エステル、２,２-ジメトキシ-２-フェニルアセトフェノン、アセトフェノンジエチルケタール、アルコキシアセトフェノン、ベンジルジメチルケタール、ベンゾフェノン及び３,３-ジメチル-４-メトキシベンゾフェノン、４,４-ジメトキシベンゾフェノン、４,４-ジアミノベンゾフェノン等のベンゾフェノン誘導体、ベンゾイル安息香酸アルキル、ビス(４-ジアルキルアミノフェニル)ケトン、ベンジル及びベンジルメチルケタール等のベンジル誘導体、ベンゾイン及びベンゾインイソブチルエーテル等のベンゾイン誘導体、ベンゾインイソプロピルエーテル、２-ヒドロキシ-２-メチルプロピオフェノン、１-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、キサントン、チオキサントン及びチオキサントン誘導体、フルオレン、２,４,６-トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、ビス(２,６-ジメトキシベンゾイル)-２,４,４-トリメチルペンチルホスフィンオキシド、ビス(２,４,６-トリメチルベンゾイル)-フェニルホスフィンオキシド、２-メチル-１-[４-(メチルチオ)フェニル]-２-モルホリノプロパン-１,２-ベンジル-２-ジメチルアミノ-１-(モルホリノフェニル)-ブタノン-１等が挙げられる。これら光重合開始剤は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

上記弾性層用原料として用いる導電剤（Ｃ）は、弾性層に導電性を付与する作用を有する。該導電剤（Ｃ）としては、紫外線を透過できるものが好ましく、イオン導電剤や透明な電子導電剤を用いることが好ましく、イオン導電剤を用いることが特に好ましい。該イオン導電剤は、上記ウレタンアクリレートオリゴマー（Ａ）に溶解する上、透明性を有するため、導電剤（Ｃ）としてイオン導電剤を用いた場合、シャフト部材上に弾性層用原料を厚く塗布しても、紫外線が十分に塗膜内部まで到達し、弾性層用原料を十分に硬化させることができる。ここで、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。また、透明な電子導電剤としては、ＩＴＯ、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛等の金属酸化物の微粒子；ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属の微粒子：導電性酸化チタンウィスカー、導電性チタン酸バリウムウィスカー等の導電性ウィスカー等が挙げられる。これら導電剤は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

上記弾性層用原料は、更にアクリレートモノマー（Ｄ）を含むことが好ましい。該アクリレートモノマー（Ｄ）は、アクリロイルオキシ基（ＣＨ₂＝ＣＨＣＯＯ−）を１つ以上有するモノマーであり、反応性希釈剤として作用し、即ち、紫外線で硬化する上、弾性層用原料の粘度を低下させることが可能である。該アクリレートモノマー（Ｄ）は、官能基数が1.0〜10であることが好ましく、1.0〜3.5であることが更に好ましい。また、該アクリレートモノマー（Ｄ）は、分子量が100〜2000であることが好ましく、100〜1000であることが更に好ましい。

上記アクリレートモノマー（Ｄ）としては、イソミリスチルアクリレート、メトキシトリエチレングリコールアクリレート、エチルアクリレート、イソブチルアクリレート、ｎ-ブチルアクリレート、イソアミルアクリレート、グリシジルアクリレート、ブトキシエチルアクリレート、エトキシジエチレングリコールアクリレート、メトキシジプロピレングリコールアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、２-ヒドロキシエチルアクリレート、２-ヒドロキシプロピルアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート等が挙げられる。これらアクリレートモノマーは、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い。

上記弾性層用原料において、ウレタンアクリレートオリゴマー（Ａ）とアクリレートモノマー（Ｄ）との質量比（Ａ／Ｄ）は、100／0〜10／90の範囲にあることが好ましい。ウレタンアクリレートオリゴマー（Ａ）とアクリレートモノマー（Ｄ）との総量に占めるウレタンアクリレートオリゴマー（Ａ）の割合を10質量％以上とすることで（即ち、アクリレートモノマー（Ｄ）の割合を90質量％以下とすることで）、導電性弾性ローラに適した低硬度で低圧縮残留歪の弾性層を得ることが可能である。

また、上記弾性層用原料における、光重合開始剤（Ｂ）の配合量は、上記ウレタンアクリレートオリゴマー（Ａ）と上記アクリレートモノマー（Ｄ）との合計100質量部に対して、0.2〜5.0質量部の範囲が好ましい。光重合開始剤（Ｂ）の配合量が0.2質量部以下では、弾性層用原料の紫外線硬化を開始させる効果が小さく、一方、5.0質量部を超えると、紫外線硬化を開始させる効果が飽和する一方、圧縮残留歪等の物性が低下し、弾性層用原料のコストが高くなる。

更に、上記弾性層用原料における、導電剤（Ｃ）の配合量は、上記ウレタンアクリレートオリゴマー（Ａ）と上記アクリレートモノマー（Ｄ）との合計100質量部に対して、0.1〜5.0質量部の範囲が好ましい。導電剤（Ｃ）の配合量が0.1質量部未満では、弾性層の導電性が低く、導電性弾性ローラに所望の導電性を付与できないことがあり、一方、5.0質量部を超えると、弾性層の導電性が高くならず、圧縮残留歪等の物性が低下し、良好な画像が得られなくなることがある。

また、上記弾性層用原料には、更に重合禁止剤を上記ウレタンアクリレートオリゴマー（Ａ）と上記アクリレートモノマー（Ｄ）との合計100質量部に対して0.001〜0.2質量部添加してもよい。重合禁止剤を添加することで、紫外線照射前の熱重合を防止することができる。重合禁止剤としては、ハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエ−テル、ｐ-メトキシフェノール、２,４-ジメチル-６-ｔ-ブチルフェノール、２,６-ジ-ｔ-ブチル-ｐ-クレゾール、ブチルヒドロキシアニソール、３-ヒドロキシチオフェノール、α-ニトロソ-β-ナフトール、ｐ-ベンゾキノン、２,５-ジヒドロキシ-ｐ-キノン等が挙げられる。

上記弾性層は、アスカーＣ硬度が30度〜70度であることが好ましい。ここで、該アスカーＣ硬度は、高さ12.7mm、直径29mmの円柱状サンプルの平面部分を測定した際の値である。アスカーＣ硬度が30度以上であれば、現像ローラ等の導電性弾性ローラとして十分な硬度を確保することができ、一方、70度以下であれば、他のローラやブレードとの追従性が良好で、低融点トナーの凝集・融着を十分に防止することができる。

上記弾性層は、厚さが1〜3000μmであることが好ましい。弾性層の厚さが1μm以上であれば、導電性弾性ローラが十分な弾性を有し、トナーへのダメージが十分に小さく、一方、3000μm以下であれば、紫外線照射において弾性層の深部まで紫外線が十分に到達し、弾性層用原料を確実に紫外線硬化させることができ、高価格の紫外線硬化樹脂原料の使用量を少なくすることができる。

上記弾性層は、特に限定されるものではないが、圧縮残留歪（圧縮永久歪）が5％以下であることが好ましい。ここで、該圧縮残留歪は、ＪＩＳＫ６２６２（１９９７）に準拠して測定でき、具体的には、高さ12.7mm、直径29mmの円柱状サンプルに対し、規定の熱処理条件（70℃で22時間）の下、サンプルを高さ方向に25％圧縮して求めることができる。また、上記弾性層は、体積固有抵抗が10⁴〜10¹⁰Ωcmであることが好ましい。更に、本発明の導電性弾性ローラは、印加電圧100Ｖでのローラ抵抗が10⁴〜10¹⁰Ωであることが好ましい。ここで、該抵抗値は、平板又は円筒状の対極に導電性弾性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。

本発明の導電性弾性ローラは、シャフト部材の外表面に上記弾性層用原料を塗布した後、紫外線照射することで作製できる。そのため、本発明の導電性弾性ローラは、弾性層の作製に大量の熱エネルギーを必要とせず、短時間で弾性層を作製することが可能である。また、弾性層の形成に、キュアー炉等が不要であるため、多額の設備費用を必要としない。なお、弾性層用原料をシャフト部材の外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、紫外線照射に用いる光源としては、水銀灯、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等が挙げられる。紫外線照射の条件は、弾性層用原料に含まれる成分、組成及び塗布量等に応じて適宜選択され、照射強度や積算光量等を適宜調整すればよい。

上述したの本発明の導電性弾性ローラは、画像形成装置の現像ローラ、帯電ローラ、トナー供給ローラ、転写ローラ、給紙ローラ、クリーニングローラ、定着用の加圧ローラ等として用いることができるが、現像ローラ及び帯電ローラとして特に好適である。

＜画像形成装置＞
本発明の画像形成装置は、上述した導電性弾性ローラを備えることを特徴とし、現像ローラ及び帯電ローラの少なくとも一方として備えることが好ましい。本発明の画像形成装置は、上記導電性弾性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２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、静電潜像を保持した感光体４と、感光体４の近傍（図では上方）に位置し感光体４を帯電させるための帯電ローラ５と、トナー６を供給するためのトナー供給ローラ７と、トナー供給ローラ７と感光体４との間に配置された現像ローラ８と、現像ローラ８の近傍（図では上方）に設けられた成層ブレード９と、感光体４の近傍（図では下方）に位置する転写ローラ１０と、感光体４に隣接して配置されたクリーニングローラ１１とを備える。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、感光体４に帯電ローラ５を当接させて、感光体４と帯電ローラ５との間に電圧を印加して、感光体４を一定電位に帯電させた後、露光機（図示せず）により静電潜像を感光体４上に形成する。次に、感光体４と、トナー供給ローラ７と、現像ローラ８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７上のトナー６が現像ローラ８を経て感光体４に送られる。現像ローラ８上のトナー６は、成層ブレード９により、均一な薄層に整えられ、現像ローラ８と感光体４とが接触しながら回転することにより、トナー６が現像ローラ８から感光体４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６は、転写ローラ１０で紙等の記録媒体に転写され、また、転写後に感光体４上に残留するトナー６は、クリーニングローラ１１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、帯電ローラ５、トナー供給ローラ７、現像ローラ８、転写ローラ１０及びクリーニングローラ１１の少なくともいずれかに、好ましくは、帯電ローラ５及び現像ローラ８の少なくとも一方に、上述した本発明の導電性弾性ローラを用いることで、優れた画像を安定的に形成することが可能となる。

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）
２官能で分子量2900のポリテトラメチレングリコール［ＰＴＧ−２９００ＳＮ、保土ヶ谷化学工業(株)］50質量部、イソミリスチルアクリレート［ライトアクリレートＩＭ−Ａ、共栄社化学(株)］50質量部、イソホロンジイソシアネート5.5質量部（イソシアネートインデックス150）、及びジブチルスズジラウレート0.01質量部を加温撹拌混合しながら、70℃で2時間反応させて、分子鎖の両末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーを合成した。得られたウレタンプレポリマーのＮＣＯ基含有率は0.65％であった。更に、このウレタンプレポリマー100質量部に２-ヒドロキシエチルアクリレート（ＨＥＡ）1.8質量部を撹拌混合し、70℃で2時間反応させて、アクリレートモノマー希釈の分子量が7000のウレタンアクリレートオリゴマー（Ａ-１）を合成した（アクリレートモノマー含有率46.6％）。

上記ウレタンアクリレートオリゴマー（Ａ-１）70.0質量部、共栄社化学(株)製のアクリレートモノマー“ライトアクリレートＩＭ−Ａ（イソミリスチルアクリレート）”30.0質量部、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製の光重合開始剤“イルガキュアー１８４Ｄ”0.5質量部、及び昭島化学工業(株)製のイオン導電剤“ＭＰ−１００”2.0質量部を撹拌機にて、液温70℃、60回転/分で1時間撹拌混合し、混合液を濾過して、ＵＶ硬化樹脂原料を得た。この配合でのウレタンアクリレートオリゴマーとアクリレートモノマーとの質量比は37.4／62.6である。

上記ＵＶ硬化樹脂原料を深さ12.7mm、内径29mmのキャビティーを持つモールドに注ぎ、石英ガラス板で蓋をした後、ＵＶ照射強度700mW/cm²で10秒間ＵＶ照射し、円柱状の物性測定用ＵＶ硬化樹脂サンプルを得た。このサンプルは、平面部分のアスカーＣ硬度［高分子計器(株)製］が46度であった。

次に、外径6.0mmの金属シャフトを挿入した外径17.0mmのポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂製導電性ローラ基材に上記ＵＶ硬化樹脂原料をダイコーターにより厚さ1500μmで塗布し、塗布しながらスポットＵＶ照射によりＵＶ硬化樹脂原料を硬化させた。このようにして形成したＵＶ硬化樹脂製弾性層付ローラを、さらに窒素雰囲気下で回転させながらＵＶ照射強度700mW/cm²で5秒間ＵＶ照射した。

このようにして得たＵＶ硬化樹脂製弾性層付ローラの表面に、弾性層より高硬度の微粒子を含むＵＶ硬化樹脂原料をロールコーターにて塗布し、ＵＶ照射して、表面にＵＶ塗膜を有するローラ外径20.0mmで低硬度のＵＶ樹脂製ローラを得た。このローラを現像ローラとして電子写真装置に組み込み、白ベタ、黒ベタ、グレースケールの画像を印刷したところ、良好な画像を得ることができた。

次に、感光体汚染試験のため、上記ローラを組み込んだカートリッジを50℃の光を遮蔽した熱風循環式オーブン内に5日間放置した後取り出し、20℃、50％ＲＨの環境で1時間放置した後、グレー色の画像を50枚印刷したところ、良好な画像が得られ、感光体汚染による画像不良は見られなかった。

（実施例２）
２官能で分子量2900のポリテトラメチレングリコール［ＰＴＧ−２９００ＳＮ、保土ヶ谷化学工業(株)］50質量部、イソミリスチルアクリレート［ライトアクリレートＩＭ−Ａ、共栄社化学(株)］50質量部、イソホロンジイソシアネート4.9質量部（イソシアネートインデックス133）、及びジブチルスズジラウレート0.01質量部を加温撹拌混合しながら、70℃で2時間反応させて、分子鎖の両末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーを合成した。得られたウレタンプレポリマーのＮＣＯ基含有率は0.43％であった。更に、このウレタンプレポリマー100質量部に２-ヒドロキシエチルアクリレート（ＨＥＡ）1.2質量部を撹拌混合し、70℃で2時間反応させて、アクリレートモノマー希釈の分子量が10000のウレタンアクリレートオリゴマー（Ａ-２）を合成した（アクリレートモノマー含有率47.1％）。

上記ウレタンアクリレートオリゴマー（Ａ-２）70.0質量部、共栄社化学(株)製のアクリレートモノマー“ライトアクリレートＩＭ−Ａ”30.0質量部、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製の光重合開始剤“イルガキュアー１８４Ｄ”0.5質量部、及び昭島化学工業(株)製のイオン導電剤“ＭＰ−１００”2.0質量部を撹拌機にて、液温70℃、60回転/分で1時間撹拌混合し、混合液を濾過して、ＵＶ硬化樹脂原料を得た。この配合でのウレタンアクリレートオリゴマーとアクリレートモノマーとの質量比は37.0／63.0である。

上記ＵＶ硬化樹脂原料を深さ12.7mm、内径29mmのキャビティーを持つモールドに注ぎ、石英ガラス板で蓋をした後、ＵＶ照射強度700mW/cm²で10秒間ＵＶ照射し、円柱状の物性測定用ＵＶ硬化樹脂サンプルを得た。このサンプルは、平面部分のアスカーＣ硬度［高分子計器(株)製］が42度であった。

次に、外径6.0mmの金属シャフトを挿入した外径17.0mmのＰＢＴ樹脂製導電性ローラ基材に上記ＵＶ硬化樹脂原料をダイコーターにより厚さ1500μmで塗布し、塗布しながらスポットＵＶ照射によりＵＶ硬化樹脂原料を硬化させた。このようにして形成したＵＶ硬化樹脂製弾性層付ローラを、さらに窒素雰囲気下で回転させながらＵＶ照射強度700mW/cm²で5秒間ＵＶ照射した。

（実施例３）
２官能で分子量1000のポリテトラメチレングリコール［ＰＴＧ−１０００ＳＮ、保土ヶ谷化学工業(株)］50質量部、イソミリスチルアクリレート［ライトアクリレートＩＭ−Ａ、共栄社化学(株)］50質量部、イソホロンジイソシアネート12.9質量部（イソシアネートインデックス117）、及びジブチルスズジラウレート0.01質量部を加温撹拌混合しながら、70℃で2時間反応させて、分子鎖の両末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーを合成した。得られたウレタンプレポリマーのＮＣＯ基含有率は0.63％であった。更に、このウレタンプレポリマー100質量部に２-ヒドロキシエチルアクリレート（ＨＥＡ）1.7質量部を撹拌混合し、70℃で2時間反応させて、アクリレートモノマー希釈の分子量が8000のウレタンアクリレートオリゴマー（Ａ-３）を合成した（アクリレートモノマー含有率43.5％）。

上記ウレタンアクリレートオリゴマー（Ａ-３）50.0質量部、共栄社化学(株)製のアクリレートモノマー“ライトアクリレートＭＴＧ−Ａ（メトキシトリエチレングリコールアクリレート）”50.0質量部、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製の光重合開始剤“イルガキュアー１８４Ｄ”0.5質量部、及び昭島化学工業(株)製のイオン導電剤“ＭＰ−１００”2.0質量部を撹拌機にて、液温70℃、60回転/分で1時間撹拌混合し、混合液を濾過して、ＵＶ硬化樹脂原料を得た。この配合でのウレタンアクリレートオリゴマーとアクリレートモノマーとの質量比は28.2／71.8である。

上記ＵＶ硬化樹脂原料を深さ12.7mm、内径29mmのキャビティーを持つモールドに注ぎ、石英ガラス板で蓋をした後、ＵＶ照射強度700mW/cm²で10秒間ＵＶ照射し、円柱状の物性測定用ＵＶ硬化樹脂サンプルを得た。このサンプルは、平面部分のアスカーＣ硬度［高分子計器(株)製］が53度であった。

（実施例４）
２官能で分子量2900のポリテトラメチレングリコール［ＰＴＧ−２９００ＳＮ、保土ヶ谷化学工業(株)］25質量部、２官能で分子量3200のポリオキシプロピレングリコール［エクセノール３０２０］25質量部、イソミリスチルアクリレート［ライトアクリレートＩＭ−Ａ、共栄社化学(株)］50質量部、イソホロンジイソシアネート5.3質量部（イソシアネートインデックス150）、及びジブチルスズジラウレート0.01質量部を加温撹拌混合しながら、70℃で2時間反応させて、分子鎖の両末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーを合成した。得られたウレタンプレポリマーのＮＣＯ基含有率は0.63％であった。更に、このウレタンプレポリマー100質量部に２-ヒドロキシエチルアクリレート（ＨＥＡ）1.8質量部を撹拌混合し、70℃で2時間反応させて、アクリレートモノマー希釈の分子量が7000のウレタンアクリレートオリゴマー（Ａ-４）を合成した（アクリレートモノマー含有率46.6％）。

上記ウレタンアクリレートオリゴマー（Ａ-４）70.0質量部、共栄社化学(株)製のアクリレートモノマー“ライトアクリレートＩＭ−Ａ”30.0質量部、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製の光重合開始剤“イルガキュアー１８４Ｄ”0.5質量部、及び昭島化学工業(株)製のイオン導電剤“ＭＰ−１００”2.0質量部を撹拌機にて、液温70℃、60回転/分で1時間撹拌混合し、混合液を濾過して、ＵＶ硬化樹脂原料を得た。この配合でのウレタンアクリレートオリゴマーとアクリレートモノマーとの質量比は37.4／62.6である。

上記ＵＶ硬化樹脂原料を深さ12.7mm、内径29mmのキャビティーを持つモールドに注ぎ、石英ガラス板で蓋をした後、ＵＶ照射強度700mW/cm²で10秒間ＵＶ照射し、円柱状の物性測定用ＵＶ硬化樹脂サンプルを得た。このサンプルは、平面部分のアスカーＣ硬度［高分子計器(株)製］が43度であった。

（比較例１）
ポリオキシプロピレン鎖をもつポリオールを素原料に使用したウレタンアクリレートオリゴマー“ＵＡ−３４０Ｐ［新中村化学工業(株)製, ＮＫエステルＡＰＧ−７００（ポリプロピレングリコール＃７００ジアクリレート, 分子量＝808）を20％含有］”80.0質量部、アクリレートモノマー“ライトアクリレートＩＭ−Ａ［共栄社化学(株)製］”20.0質量部、光重合開始剤“イルガキュアー１８４Ｄ［チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製］”0.5質量部、及びイオン導電剤“ＭＰ−１００［昭島化学工業(株)製］”2.0質量部を撹拌機にて、液温70℃、60回転/分で1時間撹拌混合し、混合液を濾過して、ＵＶ硬化樹脂原料を得た。この配合でのウレタンアクリレートオリゴマーとアクリレートモノマーとの質量比は64.0／36.0である。

上記ＵＶ硬化樹脂原料を深さ12.7mm、内径29mmのキャビティーを持つモールドに注ぎ、石英ガラス板で蓋をした後、ＵＶ照射強度700mW/cm²で10秒間ＵＶ照射し、円柱状の物性測定用ＵＶ硬化樹脂サンプルを得た。このサンプルは、平面部分のアスカーＣ硬度［高分子計器(株)製］が52度であった。

次に、感光体汚染試験のため、このローラを組み込んだカートリッジを50℃の光を遮蔽した熱風循環式オーブン内に5日間放置した後取り出し、20℃、50％ＲＨの環境で1時間放置した後、グレー色の画像を50枚印刷したところ、等間隔の白色線が画像に現れ、間隔の距離から感光体汚染による画像不良であることが確認された。

（比較例２）
ポリエステル鎖をもつポリオールを素原料に使用したウレタンアクリレートオリゴマー“ＣＮ−９６２［ＳＡＲＴＯＭＥＲＣＯＭＰＡＮＹ製, オリゴマー成分100％、モノマー成分0％］”50.0質量部、アクリレートモノマー“ライトアクリレートＭＴＧ−Ａ［共栄社化学(株)製, メトキシトリエチレングリコールアクリレート］”50.0質量部、光重合開始剤“イルガキュアー１８４Ｄ［チバ・スペシャリテイ・ケミカルズ(株)製］”0.5質量部、及びイオン導電剤“ＭＰ−１００［昭島化学工業(株)製］”2.0質量部を撹拌機にて、液温70℃、60回転/分で1時間撹拌混合し、混合液を濾過しＵＶ硬化樹脂原料を得た。この配合でのウレタンアクリレートオリゴマーとアクリレートモノマーとの質量比は50.0／50.0である。

実施例１〜４から、ポリテトラメチレングリコールを用いて合成したウレタンアクリレートオリゴマー（Ａ）と光重合開始剤（Ｂ）と導電剤（Ｃ）とを含む弾性層用原料を紫外線照射で硬化させた紫外線硬化型樹脂からなる弾性層を備えた導電性弾性ローラは、感光体を汚染しないことが分る。

一方、比較例１及び２から、ポリオキシプロピレン鎖を有するポリオールやポリエステル鎖を有するポリオールを用いて合成したウレタンアクリレートオリゴマーを用いて弾性層を形成すると、導電性弾性ローラが感光体を汚染して、画像不良を発生させてしまうことが分る。

本発明の導電性弾性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導電性弾性ローラ
２シャフト部材
２Ａ金属シャフト
２Ｂ高剛性樹脂基材
３弾性層
４感光体
５帯電ローラ
６トナー
７トナー供給ローラ
８現像ローラ
９成層ブレード
１０転写ローラ
１１クリーニングローラ

Claims

シャフト部材と、該シャフト部材の半径方向外側に配設された一層以上の弾性層とを備える導電性弾性ローラにおいて、
前記弾性層の少なくとも一層が、ウレタンアクリレートオリゴマー（Ａ）、光重合開始剤（Ｂ）及び導電剤（Ｃ）を含む弾性層用原料を紫外線照射で硬化させた紫外線硬化型樹脂からなり、
前記ウレタンアクリレートオリゴマー（Ａ）が、ポリテトラメチレングリコール由来のポリマー鎖を含むことを特徴とする導電性弾性ローラ。
前記ウレタンプレポリマーの合成に用いるポリテトラメチレングリコールの分子量が650〜3,000であることを特徴とする請求項１に記載の導電性弾性ローラ。
前記ウレタンプレポリマーの合成に用いるポリテトラメチレングリコール（ａ１）と他のポリオール（ａ２）との質量比（ａ１／ａ２）が100／0〜30／70の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の導電性弾性ローラ。
前記弾性層用原料が更にアクリレートモノマー（Ｄ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の導電性弾性ローラ。
前記導電剤（Ｃ）がイオン導電剤であることを特徴とする請求項１に記載の導電性弾性ローラ。
前記紫外線硬化型樹脂に用いられる弾性層用原料は、
前記ウレタンアクリレートオリゴマー（Ａ）と前記アクリレートモノマー（Ｄ）との質量比（Ａ／Ｄ）が100／0〜10／90の範囲にあり、
前記ウレタンアクリレートオリゴマー（Ａ）と前記アクリレートモノマー（Ｄ）との合計100質量部に対して、前記光重合開始剤（Ｂ）を0.2〜5.0質量部、前記導電剤（Ｃ）を0.1〜5.0質量部含有することを特徴とする請求項１又は４に記載の導電性弾性ローラ。
前記弾性層は、アスカーＣ硬度が30度〜70度であることを特徴とする請求項１に記載の導電性弾性ローラ。
前記シャフト部材が、金属シャフト又は該金属シャフトの外側に高剛性の樹脂基材を配設したシャフトであり、
前記金属シャフトの外径が4.0〜8.0mmで、前記樹脂基材の外径が10〜25mmであることを特徴とする請求項１に記載の導電性弾性ローラ。
前記弾性層の厚さが1〜3000μmであることを特徴とする請求項１に記載の導電性弾性ローラ。
現像ローラ又は帯電ローラであることを特徴とする請求項１に記載の導電性弾性ローラ。
請求項１〜１０のいずれかに記載の導電性弾性ローラを用いた画像形成装置。