半導電性ローラ及びその製造方法、並びに画像形成装置
【課題】長寿命で、感光ドラムに汚れや不必要なトナーを付着させない半導電性ローラとその製造方法、及びこの半導電性ローラを装着したメンテナンスフリーの現像装置の提供。
【解決手段】軸体とその軸体の外周面に外径・表面調整加工なしの弾性体層とを備え、前記弾性体層の端部の外径が中央部の外径より大きく、前記弾性体層の両端部から４０ｍｍまでの領域を除いた弾性体層の平均外径と両端部の外径との差がそれぞれ０．３ｍｍ以下であることを特徴とする半導電性ローラ、それを組み込んだ画像形成装置。
【解決手段】軸体とその軸体の外周面に外径・表面調整加工なしの弾性体層とを備え、前記弾性体層の端部の外径が中央部の外径より大きく、前記弾性体層の両端部から４０ｍｍまでの領域を除いた弾性体層の平均外径と両端部の外径との差がそれぞれ０．３ｍｍ以下であることを特徴とする半導電性ローラ、それを組み込んだ画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は半導電性ローラ及びその製造方法、並びに画像形成装置に関し、詳しくは寿命が長く、トナー漏れの少ない半導電性ローラ及びその製造方法、並びにこの半導電性ローラを装備した画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザプリンタ、複写機、ファクシミリ装置などには、電子写真方式を利用した各種の画像形成装置が採用されている。電子写真方式を利用した画像形成装置の例として、図３にはモノクロプリンタの概要を、図５にその現像部を示した。図５に従って現像原理を説明すると、感光ドラム１３に形成された潜像に半導電性ローラ１１によりトナー１９を供給して現像とし、感光ドラム１３の表面上に形成された現像としてのトナー２０を感光ドラム１３の下部で接する記録紙１４に転写する。図３で示せば、図の中央部の感光ドラム１３からトナーを転写された記録紙１４は搬送方向に沿って移動し、加圧ローラ及び定着ローラによって転写されたトナーが加熱圧着、固定化され、記録紙上に文字、図形等の画像が完全に定着し、記録紙面上へのプリントが完成する。同様に図４はタンデム型４色カラープリンタの概略図であり、現像が４回行われ、プリントの最終段階に定着ローラで像が定着されプリントされる。
【０００３】
このように、半導電性ローラは、画像形成装置の各現像工程毎に配置され、感光ドラムに定量的にトナーを供給してむらのない、精密な現像を発現させる重要な部品である。そのため、半導電性ローラは、その性能の最適化や製造方法、製造金型などが各種検討されている。
【０００４】
特許文献１には、「シャフトと、このシャフトの外周に設けられた導電性のベース層と、このベース層上に設けられた導電膜層とを有し、被帯電体に接触しながら該被帯電体に所定極性の電位を付与する導電性ロールにおいて、前記導電膜層を温度２５℃、相対湿度５０％ＲＨにおける体積抵抗が１．０×１０7〜１．０×１０11Ω・ｃｍの熱可塑性樹脂により形成したことを特徴とする導電性ロール（請求項１参照）であって、導電膜層の膜厚をロールの両端部よりもロール中央部を厚く形成することにより、ロール中央部の外径をロール両端部の外径よりも大きく形成した導電性ロール（請求項２参照）」が開示されている。特許文献２には、「芯軸外周上に導電性ゴム層が形成された導電性ローラにおいて、前記導電性ゴム層が、導電性エチレンプロピレンゴムからなり表面粗さＲｚが１〜７μｍの範囲内で、ローラの両端部外径より中央部外径が大きい正クラウン形状であることを特徴とする導電性ローラ（請求項１参照）であって、前記導電性ゴム層が、中央部外径φ2 と両端部外径φ1 との差（φ2 −φ1 ）で表されるクラウン量０．０３〜０．５ｍｍの正クラウン形状であることを特徴とする導電性ローラ（請求項２参照）」が開示されている。特許文献３には、「金属製支持部材と、該金属製支持部材上に樹脂組成物を硬化させて形成した導電性弾性層を有し、該導電性弾性層中央部の外径が、該導電性弾性層の少なくとも一方の端部の外径に対し５μｍ以上、１００μｍ以下大きいことを特徴とする導電性ローラを製造する際に、端部の内径が中央部の内径よりも小さい金型を用い、低気密状態で成型することを特徴とする製造方法」（請求項１参照）が開示されている。これら特許文献１〜３は、ローラの中央部の外径をローラの端部の外径よりも大きく設計することを開示する。
【０００５】
特許文献４には、「感光体上に形成された静電潜像に現像剤を付着させて現像する現像ローラと、前記現像ローラに押圧して現像剤をシールするシール部材とを有する現像装置において、前記現像ローラを貫通する回転シャフトと、前記回転シャフトの外周に設けられ、前記シール部材と接触する円周状の外表面を有する弾性層とを有し、前記弾性層は、外表面が前記現像ローラの長手方向の端部に向けて大きくなる外径を有することを特徴とする現像装置であって（請求項１参照）、前記弾性層の外径の最大値と最小値との差を△φ（μｍ）とすると、１０μｍ＜△φ＜３００μｍの関係にあることを特徴とする現像装置（請求項２参照）」が開示されている。また、この特許文献４に開示された前記現像ローラは、「前記弾性層が、長手方向の中央部に向って外径が徐々に大きくなる形状を有することを特徴とする」（請求項６参照）ことになっている。この特許文献４に開示された現像ローラは、「金型成形において予め型を取り、研磨工程で形状を整えることにより」成形される（特許文献４の[００２３]参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−５８３２４号公報
【特許文献２】特開平１０−１９６６３７号公報
【特許文献３】特開２００５−６６８４３号公報
【特許文献４】特開２００５−２４１７２０号公報
【０００７】
このような現像装置においては、現像ローラとして組み込まれる半導電性ローラは原料のトナーを常に均等に感光ドラムに供給できる機能が要求される。この機能が実現されるならば、感光ドラム上の潜像がトナーにより精密に現像され、精密な画像が記録紙上に転写、形成されるはずである。図５を参照にして説明すると、トナー供給ローラ１７により帯電したトナー１８は、半導電性ローラ１１上に静電力により付着し、半導電性ローラ１１の反時計回り方向の回転により上方へ移動し現像ブレード１２により一定の厚さのトナー１９の層となって半導電性ローラ１１と接して回転している感光ドラム１３上に達する。感光ドラム１３には帯電ローラ１６によって静電力による潜像が描かれており、感光ドラム１３の帯電した潜像部分に接したトナー１９は静電力により感光ドラム１３側に付着して潜像を記録紙１４に接触し転写ロール１５により記録紙１４上に転写される。この際、半導電性ローラ１１により供給されるトナー１９が均一に感光ドラム１３に接し、制御された静電力により感光ドラム１３側に付着していくことが重要である。そのためには、半導電性ローラとしては弾力性、寸法安定性、耐密着性、電気的特性等が優れており、かつ寿命の長いものが求められる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明は、上述のような弾力性、寸法安定性、耐密着性、電気的特性等の性能が優れており、さらに長寿命で、感光ドラムに汚れや不必要なトナーを付着させない半導電性ローラとその製造方法、及びこの半導電性ローラを装着したメンテナンスフリーの現像装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の課題を解決するための手段として、
請求項１は、軸体とその軸体の外周面に外径・表面調整加工なしの弾性体層とを備え、前記弾性体層の端部の外径が中央部の外径より大きく、前記弾性体層の両端部から４０ｍｍまでの領域を除いた弾性体層の平均外径と両端部の外径との差がそれぞれ０．３ｍｍ以下であることを特徴とする半導電性ローラであり、
請求項２は、弾性体層がシリコーンゴム組成物の硬化体層である請求項１に記載した半導電性ローラであり、
請求項３は、外径・表面調整加工なしの弾性体層表面にコート層を有する請求項１又は２に記載した半導電性ローラであり、
請求項４は、軸体の外周面に弾性体層を液体射出成形により形成し、形成された弾性体層の表面を外径・表面調整加工なしとする請求項１〜３のいずれか一項に記載した半導電性ローラの製造方法であり、
請求項５は、外径・表面調整加工なしの弾性体層表面をプライマー処理してからコート層を形成する請求項４に記載した半導電性ローラの製造方法であり、
請求項６は、請求項１〜３のいずれか一項に記載した半導電性ローラを装備してなることを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の半導電性ローラは、外径・表面調整加工をしていなくても実用的な半導電性ローラとしての優れた弾力性、寸法安定性、耐密着性、電気的特性等を有している。さらに、この発明の半導電性ローラは弾性体層の外表面が摩耗しても直ちにトナー漏れを起こすことがなく、したがって半導電性ローラの耐用期間が延長できる。また、この発明の半導電性ローラは端部からのトナー漏れが起こり難い構造になっているので、このトナー漏れによる感光ドラムの汚れ、延いてはプリントの汚れが防止できる。また、この発明の半導電性ローラは、トナー使用量の低減にも貢献する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この発明の一例である半導電性ローラにつき図面を参照しながら以下に説明する。
【００１２】
図１に示されるように、この半導電性ローラ１は、軸体２とその軸体２の外周面に外径・表面調整加工なしで形成された弾性体層３とその弾性体層３の表面を被覆するコート層４とを有する。この発明の半導電性ローラは、軸体２の外周に形成した円柱状の弾性体層３の外周面を外径・表面調整加工することにより所定の形状に形作る作業なしに製造される。なお、この外径・表面調整加工は、研磨加工装置、研削加工装置、切削加工装置等の機械加工装置、器具等を用いて弾性体層の外径を所望の寸法にし、または表面を所望の粗さ状態等にする加工である。この発明の半導電性ローラの弾性体層の表面状態は、この半導電性ローラを製造する際の金型の内表面の状態に依存することになる。外径・表面調整加工なしに弾性体層を形成することには、弾性層表面が金型の内表面を転写する為、表面加工を行う必要が無いといった利点がある。
【００１３】
この発明の一例として示す図１を参照すると、半導電性ローラ１は、弾性体層３の端部の外径が中央部５の外径より大きく、前記弾性体層３の両端部から４０ｍｍまでの領域６ａ、６ｂを除いた弾性体層の平均外径と両端部の外径との差がそれぞれ０．３ｍｍ以下、好ましくは０．１〜０．３ｍｍの範囲内である。
【００１４】
半導電性ローラ１の弾性体層３における前記中央部５においては、軸線に沿って同じ内径であることが望ましく、この発明の目的を阻害しない限りにおいて弾性体層３の一端より４０ｍｍの位置から弾性体層３の軸線中央部に向って僅かに外径が増加し、弾性体層３の軸線中央部から前記弾性体層３の他端より４０ｍｍまでは僅かに外径が減少する所謂膨満形状であってもよく、また、弾性体層３の一端より４０ｍｍの位置から弾性体層３の軸線中央部に向って僅かに外径が減少し、弾性体層３の軸線中央部から前記弾性体層３の他端より４０ｍｍまでは僅かに外径が増加する形状であってもよい。
【００１５】
この発明の半導電性ローラは両端部が中央部よりも太くなっているので、その端部が多少摩耗しても中央部より細くなるまでは長期間を要する。すなわち、半導電性ローラ上のトナーが均一でなくなり、図５に示すトナー１９の層にむらが発生するまでの時間が非常に長くなり、長寿命となる。
【００１６】
この発明に係る半導電性ローラは、その両端部が中央部よりも太く設計されているので、回転する半導電性ローラに付着するトナーが半導電性ローラの端部から漏れ出すことがなく、したがって、漏れ出したトナーにより感光ドラムなど周辺の部品や記録紙等に付着してプリントの汚染源となることがない。また、この発明に係る半導電性ローラは、従来の現像ローラが有しているようにトナー漏れ防止用のシール材を設置する必要がなく、弾性体層の両端部によるトナー漏れ防止用のシール効果が長期間にわたって持続する。
【００１７】
弾性体層は、一般にゴム材質に導電性付与剤等を分散して成る弾性体で形成される。前記ゴム材質としては、シリコーン或いはシリコーン変性ゴム、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。）、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、天然ゴム、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、フッ素ゴムなどが挙げられ、これら一種又は二種以上の混合ゴム又は変性ゴムを用いることができる。また、上記したゴム材質は、ミラブルタイプ又は液状タイプの材質を任意に選択する事が可能である。
【００１８】
また、弾性体層は、前記導電性付与剤を含有させることにより、弾性体層の抵抗値が１０２〜１０９Ωの範囲に調整されてなることが好ましい。導電性付与剤としては、導電性粉末及びイオン導電性物質等を挙げることができる。導電性粉末としては、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の他に、ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦ、ＳＲＦ、ＦＴ、及びＭＴ等のゴム用カーボン、また酸化チタン、酸化亜鉛、ニッケル、銅、銀、及びゲルマニウム等の金属、更にはこれら金属の酸化物としての金属酸化物、ポリアニリン、ポリピロール、及びポリアセチレン等の導電性ポリマー等を挙げることができる。イオン導電性物質としては、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸リチウム、過塩素酸カルシウム、及び塩化リチウム等の無機イオン性導電物質等を挙げることができる。導電性粉末は、上記抵抗値を示す範囲で適宜添加することができると同時に２種類以上を混合して用いることもできる。
【００１９】
前記した各種の材料で形成される弾性体層の中でも、特に、（Ａ）一分子中に少なくとも２個の珪素原子と結合するアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサン １００質量部と、（Ｂ）一分子中に少なくとも２個の珪素原子と結合する水素原子を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン ０．１〜３０質量部と、（Ｃ）平均粒径が１〜３０μｍで、嵩密度が０．１〜０．５ｇ／ｃｍ３である無機質充填材５〜１００質量部と、（Ｄ）硬化後の体積抵抗を１０ｋΩ・ｍ以下とする量で含有される導電性付与剤と、（Ｅ）付加反応触媒とを含有する液状シリコーンゴム組成物を硬化してなる硬化体層が、好ましい。
【００２０】
前記（Ａ）オルガノポリシロキサンとしては、下記平均組成式（１）で示される化合物が好適である。
Ｒ1aＳｉＯ(4-a)/2 （１）
ここで、前記平均組成式（１）におけるＲ1は互いに同一又は異種の炭素数１〜１０、好ましくは１〜８の非置換又は置換一価炭化水素基であり、ａは１．５〜２．８、好ましくは１．８〜２．５、より好ましくは１．９５〜２．０２の範囲の正数である。
【００２１】
前記（Ａ）オルガノポリシロキサンの重合度については、室温（２５℃）で液状（例えば、２５℃での粘度が１００〜１，０００，０００ｍＰａ・ｓ、好ましくは２００〜１００，０００ｍＰａ・ｓ程度）であればよく、平均重合度が１００〜８００であることが好ましく、更に好ましくは１５０〜６００である。
【００２２】
前記（Ｂ）オルガノハイドロジェンポリシロキサンは付加反応硬化型架橋剤であり、下記平均組成式（２）で示され、１分子中に少なくとも２個、好ましくは３個以上（通常、３〜２００個）、より好ましくは３〜１００個の、ケイ素原子に結合した水素原子を有するものが好適に用いられる。
Ｒ２ｂＨcＳｉＯ(4-b-c)/2 （２）
但し、式（２）において、Ｒ２は炭素数１〜１０の置換又は非置換の一価炭化水素基である。また、ｂは０．７〜２．１、ｃは０．００１〜１．０で、かつｂ＋ｃは０．８〜３．０を満足する正数である。
【００２３】
上記（Ｂ）オルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジフェニルシロキサン・ジメチルシロキサン共重合体、（ＣＨ3）2ＨＳｉＯ1/2単位とＳｉＯ4/2単位とから成る共重合体、及び（ＣＨ3）2ＨＳｉＯ1/2単位とＳｉＯ4/2単位と（Ｃ6Ｈ5）ＳｉＯ3/2単位とから成る共重合体などが挙げられる。
【００２４】
前記（Ｃ）無機質充填材は、弾性体層が低圧縮永久歪で体積抵抗値が経時で安定し、かつ十分なローラの耐久性を得るのに重要な成分である。無機質充填材は、平均粒径が１〜３０μｍ、好ましくは２〜２０μｍ、嵩密度が０．１〜０．５ｇ／ｃｍ３、好ましくは０．１５〜０．４５ｇ／ｃｍ３である。平均粒径が１μｍより小さいと経時で弾性体層の体積抵抗値が変化してしまい、３０μｍより大きいとローラとしての耐久性が低下してしまうことがある。また、嵩密度が０．１ｇ／ｃｍ３より小さいと圧縮永久歪が悪化してしまうと共に経時での体積抵抗値が変化してしまうという問題が生じてしまい、０．５ｇ／ｃｍ３より大きいと半導電性弾性体層の強度が不十分になってローラの耐久性が低下してしまうことがある。なお、平均粒径は、例えばレーザー光回折法などによる粒度分布測定装置を用いて、重量平均値（又はメジアン径）等として求めることができ、嵩密度は、ＪＩＳ Ｋ ６２２３の見掛比重の測定方法に基づいて求めることができる。
【００２５】
このような無機質充填材としては、珪藻土、パーライト、マイカ、炭酸カルシウム、ガラスフレーク、及び中空フィラーなどが挙げられるが、中でも珪藻土、パーライト及び発泡パーライトの粉砕物が好適である。
【００２６】
前記（Ｄ）導電性付与剤については既に説明した通りである。
【００２７】
前記（Ｅ）付加反応触媒としては、白金黒、塩化第２白金、塩化白金酸、塩化白金酸と１価アルコールとの反応物、塩化白金酸とオレフィン類との錯体、白金ビスアセトアセテート、パラジウム系触媒、ロジウム系触媒などが挙げられる。なお、この付加反応触媒の配合量は触媒量とすることができ、通常、白金族金属として（Ａ）成分及び（Ｂ）成分の合計量に対し、０．５〜１，０００ｐｐｍ、特に１〜５００ｐｐｍが好適である。
【００２８】
本発明の液状シリコーンゴム組成物には、更に低分子シロキサンエステル、シラノール、例えばジフェニルシランジオール等の分散剤、酸化鉄、酸化セリウム、オクチル酸鉄等の耐熱性向上剤、接着性や成形加工性を向上させるための各種カーボンファンクショナルシラン、難燃性を付与させるハロゲン化合物、エチニルシクロヘキサノール等の反応制御材等を本発明の目的を損なわない範囲で添加混合してもよい。
【００２９】
前記（Ａ）〜（Ｅ）成分を含有する液状シリコーンゴム組成物は通常その粘度が、２５℃において、５〜５００Ｐａ・ｓであり、特に好ましくは１０〜２００Ｐａ・ｓである。
【００３０】
前記前記（Ａ）〜（Ｅ）成分を含有する液状シリコーンゴム組成物は特開２００５−８２６１７号公報に開示されたシリコーンゴム組成物と同様であり、前記公報に開示された硬化条件にて前記液状シリコーンゴム組成物を硬化させることができる。
【００３１】
この発明の半導電性ローラを製造する方法につき説明する。この発明の半導電性ローラは、弾性体層の外径が従来の半導電性ローラとは異なっているが、製造方法は従来の半導電性ローラの製造方法に従えばよい。例えば、図２に示す金型に前記液状シリコーンゴム組成物を注入する成形法により、この発明の半導電性ローラを製造することができる。図２に示す金型２１は、弾性体層の外径に沿う内壁面２２により囲繞されるキャビティ２３を有する円筒金型本体２４と、その円筒金型本体２４の一端開口部を閉塞すると共にスプルー２５及び軸体２の一端部を挿入固定する軸体端部固定穴２６を備えた一端部金型２７と、前記円筒金型本体２４の他端開口部を閉塞すると共にベント２８、液溜まり部２９及び軸体２の他端部を挿入固定する軸体端部固定穴２６を備えた他端部金型３０とを有する。なお、図２において、３１で示すのは、前記スプルーを通じて例えば液状シリコーンゴム組成物を注入するための注入口である。
【００３２】
図２に示される金型を用いた半導電性ローラの製造方法を具体的に示す。まず、金型２１内に軸体２を装着する。言うまでもないが、軸体２は、キャビティ２３の軸線に一致するように配置される。軸体２は、円柱又は円筒状で、通常は鋼、ステンレス、銅、洋白、リン青銅などの金属、並びにポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステル、フェノール樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、尿素樹脂等の合成樹脂等の、従来と同様の素材で形成される。
【００３３】
図２に示される金型２１におけるスプルー２５を通じて弾性体層を形成することのできる原料が注入される。弾性体層を形成するのに好適な原料としては、例えば、付加反応型のシリコーンゴム、液体射出成形によるシリコーンゴムを主とする液状タイプの組成物、前述した液状シリコーンゴム組成物等を挙げることができる。
【００３４】
本発明の半導電性ローラにおける弾性体層の形状を本発明において規定するように整える一つの方法は、金型のキャビティ内で硬化した硬化物の収縮を制御することである。例えば、金型から取り出した軸体付きの硬化物を後加熱処理する際の処理条件を調整することである。硬化時の収縮により、また、後加熱処理する際の処理条件の調節により弾性体層の一端部の外径と他端部の外径とが相違するときには両端部のいずれか又は両方を裁断することにより一端部の外径と他端部の外径とを同じくすることができる。
【００３５】
かくして弾性体層の端部の外径が中央部の外径より大きく、前記弾性体層の両端部から４０ｍｍを除いた領域における弾性体層の平均外径と両端部の外径との差がそれぞれ０．３ｍｍ以下であるところの、軸体付きの弾性体層が形成される。必要に応じてこの弾性体層の表面に前述した被覆層が形成され、半導電性ローラが完成する。
【００３６】
このようにして得られた半導電性ローラは、電子写真方式の画像形成装置に装着して好適に使用することが出来る。特に、従来からの画像形成装置用の半導電性ローラとして使用すれば、耐変形性、耐密着性、電気特性は従来の半導電性ローラと同じように優れており、半導電性ローラの寿命が延び、半導電性ローラからのトナー漏れも少なくなる。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例及び比較例を示し、この発明を具体的に説明するが、この発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【００３８】
（実施例１）
両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖されたジメチルポリシロキサン（重合度３００）１００質量部、ＢＥＴ比表面積が１１０ｍ２／ｇである疎水化処理されたヒュームドシリカ（日本アエロジル株式会社製、Ｒ−９７２）１質量部、平均粒径６μｍ、嵩密度が０．２５ｇ／ｃｍ３である珪藻土（オプライトＷ−３００５Ｓ、北秋珪藻土株式会社製）４０質量部、アセチレンブラック（デンカブラックＨＳ−１００、電気化学工業株式会社製）５質量部をプラネタリーミキサーに入れ、３０分撹拌を続けた後、３本ロールに１回通した。これを等しい重量で２分割し、一方をプラネタリーミキサーに戻し、架橋剤として、両末端及び側鎖にＳｉ−Ｈ基を有するメチルハイドロジェンポリシロキサン（重合度１７、Ｓｉ−Ｈ量０．００６０ｍｏｌ／ｇ）２．１質量部、反応制御剤として、エチニルシクロヘキサノール０．１質量部を添加し、１５分撹拌を続けた後、取り出した組成物をシリコーンゴム組成物（ａ）とした。また、残り半分をプラネタリーミキサーに入れ、白金触媒（Ｐｔ濃度１％）０．１質量部を添加し、１５分撹拌を続けてできあがった組成物をシリコーンゴム組成物（ｂ）とした。このシリコーン組成物（ａ）及び（ｂ）を室温で１５分撹拌混合し、液状シリコーンゴム組成物（１）とした。なお、この液状シリコーンゴム組成物（１）の２５℃における粘度は、８２Ｐａ・ｓであった。
【００３９】
次に、図２に示すように、外径３５ｍｍ、内径２０．８ｍｍ、軸線長さ２３７ｍｍのキャビティを持つ円筒金型本体２４、一端部金型２７、他端部金型３０からなる液体射出成形用の金型２１を用意し、金型２１の内壁面に離型剤（商品名：ダイフリー ダイキン工業株式会社製）を塗布して、キャビティ２３の中央にステンレス鋼ＳＵＭ２２に厚み５μｍの無電解ニッケルメッキを施して接着性向上のためにシリコーン系プライマー〔信越化学工業株式会社製：商品名プライマーＮｏ．１６〕を予め塗布し、ギヤオーブン中で１５０℃、１０分の条件で焼付処理を施した外径φ７．５ｍｍ、長さ２８１．５ｍｍの軸体を取付けて組み立て、一端部金型２７のスプルー２５を通じてキャビティ２３内に液状シリコーンゴム組成物（１）を注入した。次に金型２１の外部から加熱して１６０℃で７分間加熱硬化（１次熱処理）させ、軸体と一体成形した。次に金型２１を１０℃で１０分間冷却して軸体付き硬化体を金型２１から取り出した。金型２１から脱型したときは、その軸体付き硬化体にはスプルー及びベントによる余剰硬化物が付着しているので、硬化体両端部を軸線長さ方向に各１ｍｍずつ切断するのと同時に除去して、一次成形品を作製した。尚、作製した一次成形品における弾性体層の軸線長さ寸法は、２３５ｍｍとした。
【００４０】
続いて、一次成形品を加熱炉で２００℃、７時間加熱処理（２次熱処理）し、一次成形品における弾性体層に含まれる低分子シロキサンの含有量を低減させて半導電性ローラを作製した。
【００４１】
（実施例２）
一次成形品を加熱炉で２００℃、５時間加熱処理（２次熱処理）した以外は、実施例１と同様に操作して、半導電性ローラを作製した。
【００４２】
（実施例３）
一次成形品を加熱炉で２００℃、３時間加熱処理（２次熱処理）した以外は、実施例１と同様に操作して、半導電性ローラを作製した。
【００４３】
（実施例４）
一次成形品を加熱炉で１９０℃、７時間加熱処理（２次熱処理）した以外は、実施例１と同様に操作して、半導電性ローラを作製した。
【００４４】
（実施例５）
一次成形品を加熱炉で１８０℃、７時間加熱処理（２次熱処理）した以外は、実施例１と同様に操作して、半導電性ローラを作製した。
【００４５】
（比較例１）
一次成形品を加熱炉で２３０℃、４時間加熱処理（２次熱処理）した以外は、実施例１と同様にして、半導電性ローラを作製した。
【００４６】
（比較例２）
一次成形品を加熱炉で２００℃、９時間加熱処理（２次熱処理）した以外は、実施例１と同様にして、半導電性ローラを作製した。
【００４７】
（比較例３）
一次成形品を加熱炉で２２０℃、７時間加熱処理（２次熱処理）した以外は、実施例１と同様にして、半導電性ローラを作製した。
【００４８】
（実施例６〜１０、比較例４〜６）
実施例１〜５及び比較例１〜３で得られた半導電性ローラの弾性体層外周面に、低圧水銀灯により紫外線・オゾン処理を施した。その後、弾性体層の表面にアミノシラン系カップリング剤〔信越化学工業株式会社製：商品名ＫＢＭ６０３〕を塗布してプライマー層を形成した。
【００４９】
次にウレタン系塗料〔三井武田ケミカル株式会社製：商品名タケラックＥ−５５３（不揮発分５０％）〕１００質量部に、充填材として煙霧質シリカ系充填材〔日本アエロジル株式会社製：商品名ＡＥＲＯＳＩＬ２００〕１５質量部、導電性付与剤としてカーボンブラック〔旭カーボン株式会社製：商品名アサヒサーマル〕１０質量部を添加し、ポットミルで８時間攪拌・分散した後、ポリイソシアネート系架橋剤〔三井武田ケミカル株式会社製 商品名タケラックＤ１４０Ｎ〕２０質量部を添加したコート剤を、表面にプライマー層を形成した弾性体層上に厚さ１５μｍでスプレーコーティングした後、温度１５０℃で３０分間加熱硬化させ、得られた半導電性ローラを実施例６〜１０、比較例４〜６とした。
【００５０】
（評価）
得られた半導電性ローラの周方向外径寸法、印字特性について、後述する評価方法により確認した。また、後述する方法により、上記液状シリコーンゴム組成物（１）に対する加熱硬化（１次熱処理）及び加熱処理（２次熱処理）による成形収縮率の変化をシート状サンプルにより確認した。
【００５１】
＜評価方法＞
１．成形収縮率
実施例１〜５、及び比較例１における液状シリコーンゴム組成物（１）を、長さ１００ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚み１ｍｍのキャビティ寸法を有するトランスファー成形金型に、注入し、上記した各加熱条件に基づいて加熱硬化（１次熱処理）及び加熱処理（２次熱処理）することによりシート状成形品に含まれる低分子シロキサンの含有量を低減させてシート状サンプルを作製した。
【００５２】
次にそのシート状サンプルの長さ及び幅の寸法（Ｄ）を測定して平均値を求め、金型キャビティ寸法との寸法変化「（１００−Ｄ）〔％〕」を成形収縮率とした。
【００５３】
２．ローラ外径寸法
実施例１〜１０、比較例１〜６の半導電性ローラ周方向の外径をレーザー測長器（商品名 ＬＳ−１６１０Ｍ 株式会社ミツトヨ製）により測定した。尚、測定した箇所は、弾性体層の長手方向両端部「Ａ１，Ａ２」、長手方向両端部から４０ｍｍの部分「Ｃ１，Ｃ２」、長手方向両端部から４０ｍｍの部分を除いた中央部で、かつ「Ｃ１」から「Ｃ２」の間で距離が均等となる長手方向３箇所「Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３」とした。また、「Ａ１，Ａ２」から求められる平均値を「Ａ」、「Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３」から求められる平均値を「Ｂ」、「Ａ１，Ａ２」の差の絶対値を［Ａ］とした。
【００５４】
３．印字特性
次いで、実施例６〜１０及び比較例４〜６の半導電性ローラを各４本準備し、図３に示される電子写真式プリンタ（ブラザー工業株式会社製、商品名：「ＨＬ−１８５０」）において、現像ローラとして、配設した。なお、現像剤及び現像剤規制部材は、電子写真式プリンタに付属の現像剤及びブレードを用いた。
【００５５】
（印字濃度評価）
この電子写真式プリンタを、温度２０℃、相対湿度５０％の環境下で、稼動させて、６，０００枚の印字を行った。その後、黒ベタ−網点−５％デューティー−白地印字を２回繰り返し行い、印字した黒ベタ印字部のマクベス濃度を、マクベス濃度計を用いて測定した。黒ベタ印字部のマクベス濃度が１．３以上であった場合を「○」とし、１．３未満であった場合を印字不良と判断し、「×」とした。
【００５６】
（白画像のかぶり評価）
前記印字濃度評価と同様にして、黒ベタ印字部を印字した後、５％デューティーの白地印字部のマクベス濃度を、マクベス濃度計を用いて測定した。０．０１５未満を「○」、０．０１５以上を「×」とした。
【００５７】
【表１】
【００５８】
※印字特性評価
○：「印字濃度」，「白画像のかぶり」の評価結果が共に「○」のもの。
△：「印字濃度」，「白画像のかぶり」の評価結果がいづれか片方のみ「○」のもの。
×：「印字濃度」，「白画像のかぶり」の評価結果が共に「×」のもの。
−：未実施。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１はこの発明の半導電性ローラの斜視図である。
【図２】図２は軸体付き硬化体を成形する金型を示す断面説明図である。
【図３】図３はモノクロプリンタの模式図である。
【図４】図４はカラープリンタの模式図である。
【図５】図５は現像装置の現像部の模式図である。
【符号の説明】
【００６０】
１：半導電性ローラ
２：軸体
３：弾性体
４：被覆層
５：半導電性ローラの端部６ａ，６ｂを除いた中央部分
６ａ，６ｂ：半導電性ローラの端部４０ｍｍの部分
１０：現像装置の現像部
１１：半導電性ローラ
１２：現像ブレード
１３：感光ドラム
１４：印画用紙
１５：転写ローラ
１６：帯電ローラ
１７：トナー供給ローラ
１８，１９，２０：トナー
２１：金型
２２：内壁面
２３：キャビティ
２４：円筒金型本体
２５：スプルー
２６：軸体端部固定穴
２７：一端部金型
２８：ベント
２９：液溜まり部
３０：他端部金型
３１：注入口
【技術分野】
【０００１】
この発明は半導電性ローラ及びその製造方法、並びに画像形成装置に関し、詳しくは寿命が長く、トナー漏れの少ない半導電性ローラ及びその製造方法、並びにこの半導電性ローラを装備した画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザプリンタ、複写機、ファクシミリ装置などには、電子写真方式を利用した各種の画像形成装置が採用されている。電子写真方式を利用した画像形成装置の例として、図３にはモノクロプリンタの概要を、図５にその現像部を示した。図５に従って現像原理を説明すると、感光ドラム１３に形成された潜像に半導電性ローラ１１によりトナー１９を供給して現像とし、感光ドラム１３の表面上に形成された現像としてのトナー２０を感光ドラム１３の下部で接する記録紙１４に転写する。図３で示せば、図の中央部の感光ドラム１３からトナーを転写された記録紙１４は搬送方向に沿って移動し、加圧ローラ及び定着ローラによって転写されたトナーが加熱圧着、固定化され、記録紙上に文字、図形等の画像が完全に定着し、記録紙面上へのプリントが完成する。同様に図４はタンデム型４色カラープリンタの概略図であり、現像が４回行われ、プリントの最終段階に定着ローラで像が定着されプリントされる。
【０００３】
このように、半導電性ローラは、画像形成装置の各現像工程毎に配置され、感光ドラムに定量的にトナーを供給してむらのない、精密な現像を発現させる重要な部品である。そのため、半導電性ローラは、その性能の最適化や製造方法、製造金型などが各種検討されている。
【０００４】
特許文献１には、「シャフトと、このシャフトの外周に設けられた導電性のベース層と、このベース層上に設けられた導電膜層とを有し、被帯電体に接触しながら該被帯電体に所定極性の電位を付与する導電性ロールにおいて、前記導電膜層を温度２５℃、相対湿度５０％ＲＨにおける体積抵抗が１．０×１０7〜１．０×１０11Ω・ｃｍの熱可塑性樹脂により形成したことを特徴とする導電性ロール（請求項１参照）であって、導電膜層の膜厚をロールの両端部よりもロール中央部を厚く形成することにより、ロール中央部の外径をロール両端部の外径よりも大きく形成した導電性ロール（請求項２参照）」が開示されている。特許文献２には、「芯軸外周上に導電性ゴム層が形成された導電性ローラにおいて、前記導電性ゴム層が、導電性エチレンプロピレンゴムからなり表面粗さＲｚが１〜７μｍの範囲内で、ローラの両端部外径より中央部外径が大きい正クラウン形状であることを特徴とする導電性ローラ（請求項１参照）であって、前記導電性ゴム層が、中央部外径φ2 と両端部外径φ1 との差（φ2 −φ1 ）で表されるクラウン量０．０３〜０．５ｍｍの正クラウン形状であることを特徴とする導電性ローラ（請求項２参照）」が開示されている。特許文献３には、「金属製支持部材と、該金属製支持部材上に樹脂組成物を硬化させて形成した導電性弾性層を有し、該導電性弾性層中央部の外径が、該導電性弾性層の少なくとも一方の端部の外径に対し５μｍ以上、１００μｍ以下大きいことを特徴とする導電性ローラを製造する際に、端部の内径が中央部の内径よりも小さい金型を用い、低気密状態で成型することを特徴とする製造方法」（請求項１参照）が開示されている。これら特許文献１〜３は、ローラの中央部の外径をローラの端部の外径よりも大きく設計することを開示する。
【０００５】
特許文献４には、「感光体上に形成された静電潜像に現像剤を付着させて現像する現像ローラと、前記現像ローラに押圧して現像剤をシールするシール部材とを有する現像装置において、前記現像ローラを貫通する回転シャフトと、前記回転シャフトの外周に設けられ、前記シール部材と接触する円周状の外表面を有する弾性層とを有し、前記弾性層は、外表面が前記現像ローラの長手方向の端部に向けて大きくなる外径を有することを特徴とする現像装置であって（請求項１参照）、前記弾性層の外径の最大値と最小値との差を△φ（μｍ）とすると、１０μｍ＜△φ＜３００μｍの関係にあることを特徴とする現像装置（請求項２参照）」が開示されている。また、この特許文献４に開示された前記現像ローラは、「前記弾性層が、長手方向の中央部に向って外径が徐々に大きくなる形状を有することを特徴とする」（請求項６参照）ことになっている。この特許文献４に開示された現像ローラは、「金型成形において予め型を取り、研磨工程で形状を整えることにより」成形される（特許文献４の[００２３]参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−５８３２４号公報
【特許文献２】特開平１０−１９６６３７号公報
【特許文献３】特開２００５−６６８４３号公報
【特許文献４】特開２００５−２４１７２０号公報
【０００７】
このような現像装置においては、現像ローラとして組み込まれる半導電性ローラは原料のトナーを常に均等に感光ドラムに供給できる機能が要求される。この機能が実現されるならば、感光ドラム上の潜像がトナーにより精密に現像され、精密な画像が記録紙上に転写、形成されるはずである。図５を参照にして説明すると、トナー供給ローラ１７により帯電したトナー１８は、半導電性ローラ１１上に静電力により付着し、半導電性ローラ１１の反時計回り方向の回転により上方へ移動し現像ブレード１２により一定の厚さのトナー１９の層となって半導電性ローラ１１と接して回転している感光ドラム１３上に達する。感光ドラム１３には帯電ローラ１６によって静電力による潜像が描かれており、感光ドラム１３の帯電した潜像部分に接したトナー１９は静電力により感光ドラム１３側に付着して潜像を記録紙１４に接触し転写ロール１５により記録紙１４上に転写される。この際、半導電性ローラ１１により供給されるトナー１９が均一に感光ドラム１３に接し、制御された静電力により感光ドラム１３側に付着していくことが重要である。そのためには、半導電性ローラとしては弾力性、寸法安定性、耐密着性、電気的特性等が優れており、かつ寿命の長いものが求められる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明は、上述のような弾力性、寸法安定性、耐密着性、電気的特性等の性能が優れており、さらに長寿命で、感光ドラムに汚れや不必要なトナーを付着させない半導電性ローラとその製造方法、及びこの半導電性ローラを装着したメンテナンスフリーの現像装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の課題を解決するための手段として、
請求項１は、軸体とその軸体の外周面に外径・表面調整加工なしの弾性体層とを備え、前記弾性体層の端部の外径が中央部の外径より大きく、前記弾性体層の両端部から４０ｍｍまでの領域を除いた弾性体層の平均外径と両端部の外径との差がそれぞれ０．３ｍｍ以下であることを特徴とする半導電性ローラであり、
請求項２は、弾性体層がシリコーンゴム組成物の硬化体層である請求項１に記載した半導電性ローラであり、
請求項３は、外径・表面調整加工なしの弾性体層表面にコート層を有する請求項１又は２に記載した半導電性ローラであり、
請求項４は、軸体の外周面に弾性体層を液体射出成形により形成し、形成された弾性体層の表面を外径・表面調整加工なしとする請求項１〜３のいずれか一項に記載した半導電性ローラの製造方法であり、
請求項５は、外径・表面調整加工なしの弾性体層表面をプライマー処理してからコート層を形成する請求項４に記載した半導電性ローラの製造方法であり、
請求項６は、請求項１〜３のいずれか一項に記載した半導電性ローラを装備してなることを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の半導電性ローラは、外径・表面調整加工をしていなくても実用的な半導電性ローラとしての優れた弾力性、寸法安定性、耐密着性、電気的特性等を有している。さらに、この発明の半導電性ローラは弾性体層の外表面が摩耗しても直ちにトナー漏れを起こすことがなく、したがって半導電性ローラの耐用期間が延長できる。また、この発明の半導電性ローラは端部からのトナー漏れが起こり難い構造になっているので、このトナー漏れによる感光ドラムの汚れ、延いてはプリントの汚れが防止できる。また、この発明の半導電性ローラは、トナー使用量の低減にも貢献する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この発明の一例である半導電性ローラにつき図面を参照しながら以下に説明する。
【００１２】
図１に示されるように、この半導電性ローラ１は、軸体２とその軸体２の外周面に外径・表面調整加工なしで形成された弾性体層３とその弾性体層３の表面を被覆するコート層４とを有する。この発明の半導電性ローラは、軸体２の外周に形成した円柱状の弾性体層３の外周面を外径・表面調整加工することにより所定の形状に形作る作業なしに製造される。なお、この外径・表面調整加工は、研磨加工装置、研削加工装置、切削加工装置等の機械加工装置、器具等を用いて弾性体層の外径を所望の寸法にし、または表面を所望の粗さ状態等にする加工である。この発明の半導電性ローラの弾性体層の表面状態は、この半導電性ローラを製造する際の金型の内表面の状態に依存することになる。外径・表面調整加工なしに弾性体層を形成することには、弾性層表面が金型の内表面を転写する為、表面加工を行う必要が無いといった利点がある。
【００１３】
この発明の一例として示す図１を参照すると、半導電性ローラ１は、弾性体層３の端部の外径が中央部５の外径より大きく、前記弾性体層３の両端部から４０ｍｍまでの領域６ａ、６ｂを除いた弾性体層の平均外径と両端部の外径との差がそれぞれ０．３ｍｍ以下、好ましくは０．１〜０．３ｍｍの範囲内である。
【００１４】
半導電性ローラ１の弾性体層３における前記中央部５においては、軸線に沿って同じ内径であることが望ましく、この発明の目的を阻害しない限りにおいて弾性体層３の一端より４０ｍｍの位置から弾性体層３の軸線中央部に向って僅かに外径が増加し、弾性体層３の軸線中央部から前記弾性体層３の他端より４０ｍｍまでは僅かに外径が減少する所謂膨満形状であってもよく、また、弾性体層３の一端より４０ｍｍの位置から弾性体層３の軸線中央部に向って僅かに外径が減少し、弾性体層３の軸線中央部から前記弾性体層３の他端より４０ｍｍまでは僅かに外径が増加する形状であってもよい。
【００１５】
この発明の半導電性ローラは両端部が中央部よりも太くなっているので、その端部が多少摩耗しても中央部より細くなるまでは長期間を要する。すなわち、半導電性ローラ上のトナーが均一でなくなり、図５に示すトナー１９の層にむらが発生するまでの時間が非常に長くなり、長寿命となる。
【００１６】
この発明に係る半導電性ローラは、その両端部が中央部よりも太く設計されているので、回転する半導電性ローラに付着するトナーが半導電性ローラの端部から漏れ出すことがなく、したがって、漏れ出したトナーにより感光ドラムなど周辺の部品や記録紙等に付着してプリントの汚染源となることがない。また、この発明に係る半導電性ローラは、従来の現像ローラが有しているようにトナー漏れ防止用のシール材を設置する必要がなく、弾性体層の両端部によるトナー漏れ防止用のシール効果が長期間にわたって持続する。
【００１７】
弾性体層は、一般にゴム材質に導電性付与剤等を分散して成る弾性体で形成される。前記ゴム材質としては、シリコーン或いはシリコーン変性ゴム、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。）、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、天然ゴム、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、フッ素ゴムなどが挙げられ、これら一種又は二種以上の混合ゴム又は変性ゴムを用いることができる。また、上記したゴム材質は、ミラブルタイプ又は液状タイプの材質を任意に選択する事が可能である。
【００１８】
また、弾性体層は、前記導電性付与剤を含有させることにより、弾性体層の抵抗値が１０２〜１０９Ωの範囲に調整されてなることが好ましい。導電性付与剤としては、導電性粉末及びイオン導電性物質等を挙げることができる。導電性粉末としては、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の他に、ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦ、ＳＲＦ、ＦＴ、及びＭＴ等のゴム用カーボン、また酸化チタン、酸化亜鉛、ニッケル、銅、銀、及びゲルマニウム等の金属、更にはこれら金属の酸化物としての金属酸化物、ポリアニリン、ポリピロール、及びポリアセチレン等の導電性ポリマー等を挙げることができる。イオン導電性物質としては、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸リチウム、過塩素酸カルシウム、及び塩化リチウム等の無機イオン性導電物質等を挙げることができる。導電性粉末は、上記抵抗値を示す範囲で適宜添加することができると同時に２種類以上を混合して用いることもできる。
【００１９】
前記した各種の材料で形成される弾性体層の中でも、特に、（Ａ）一分子中に少なくとも２個の珪素原子と結合するアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサン １００質量部と、（Ｂ）一分子中に少なくとも２個の珪素原子と結合する水素原子を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン ０．１〜３０質量部と、（Ｃ）平均粒径が１〜３０μｍで、嵩密度が０．１〜０．５ｇ／ｃｍ３である無機質充填材５〜１００質量部と、（Ｄ）硬化後の体積抵抗を１０ｋΩ・ｍ以下とする量で含有される導電性付与剤と、（Ｅ）付加反応触媒とを含有する液状シリコーンゴム組成物を硬化してなる硬化体層が、好ましい。
【００２０】
前記（Ａ）オルガノポリシロキサンとしては、下記平均組成式（１）で示される化合物が好適である。
Ｒ1aＳｉＯ(4-a)/2 （１）
ここで、前記平均組成式（１）におけるＲ1は互いに同一又は異種の炭素数１〜１０、好ましくは１〜８の非置換又は置換一価炭化水素基であり、ａは１．５〜２．８、好ましくは１．８〜２．５、より好ましくは１．９５〜２．０２の範囲の正数である。
【００２１】
前記（Ａ）オルガノポリシロキサンの重合度については、室温（２５℃）で液状（例えば、２５℃での粘度が１００〜１，０００，０００ｍＰａ・ｓ、好ましくは２００〜１００，０００ｍＰａ・ｓ程度）であればよく、平均重合度が１００〜８００であることが好ましく、更に好ましくは１５０〜６００である。
【００２２】
前記（Ｂ）オルガノハイドロジェンポリシロキサンは付加反応硬化型架橋剤であり、下記平均組成式（２）で示され、１分子中に少なくとも２個、好ましくは３個以上（通常、３〜２００個）、より好ましくは３〜１００個の、ケイ素原子に結合した水素原子を有するものが好適に用いられる。
Ｒ２ｂＨcＳｉＯ(4-b-c)/2 （２）
但し、式（２）において、Ｒ２は炭素数１〜１０の置換又は非置換の一価炭化水素基である。また、ｂは０．７〜２．１、ｃは０．００１〜１．０で、かつｂ＋ｃは０．８〜３．０を満足する正数である。
【００２３】
上記（Ｂ）オルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジフェニルシロキサン・ジメチルシロキサン共重合体、（ＣＨ3）2ＨＳｉＯ1/2単位とＳｉＯ4/2単位とから成る共重合体、及び（ＣＨ3）2ＨＳｉＯ1/2単位とＳｉＯ4/2単位と（Ｃ6Ｈ5）ＳｉＯ3/2単位とから成る共重合体などが挙げられる。
【００２４】
前記（Ｃ）無機質充填材は、弾性体層が低圧縮永久歪で体積抵抗値が経時で安定し、かつ十分なローラの耐久性を得るのに重要な成分である。無機質充填材は、平均粒径が１〜３０μｍ、好ましくは２〜２０μｍ、嵩密度が０．１〜０．５ｇ／ｃｍ３、好ましくは０．１５〜０．４５ｇ／ｃｍ３である。平均粒径が１μｍより小さいと経時で弾性体層の体積抵抗値が変化してしまい、３０μｍより大きいとローラとしての耐久性が低下してしまうことがある。また、嵩密度が０．１ｇ／ｃｍ３より小さいと圧縮永久歪が悪化してしまうと共に経時での体積抵抗値が変化してしまうという問題が生じてしまい、０．５ｇ／ｃｍ３より大きいと半導電性弾性体層の強度が不十分になってローラの耐久性が低下してしまうことがある。なお、平均粒径は、例えばレーザー光回折法などによる粒度分布測定装置を用いて、重量平均値（又はメジアン径）等として求めることができ、嵩密度は、ＪＩＳ Ｋ ６２２３の見掛比重の測定方法に基づいて求めることができる。
【００２５】
このような無機質充填材としては、珪藻土、パーライト、マイカ、炭酸カルシウム、ガラスフレーク、及び中空フィラーなどが挙げられるが、中でも珪藻土、パーライト及び発泡パーライトの粉砕物が好適である。
【００２６】
前記（Ｄ）導電性付与剤については既に説明した通りである。
【００２７】
前記（Ｅ）付加反応触媒としては、白金黒、塩化第２白金、塩化白金酸、塩化白金酸と１価アルコールとの反応物、塩化白金酸とオレフィン類との錯体、白金ビスアセトアセテート、パラジウム系触媒、ロジウム系触媒などが挙げられる。なお、この付加反応触媒の配合量は触媒量とすることができ、通常、白金族金属として（Ａ）成分及び（Ｂ）成分の合計量に対し、０．５〜１，０００ｐｐｍ、特に１〜５００ｐｐｍが好適である。
【００２８】
本発明の液状シリコーンゴム組成物には、更に低分子シロキサンエステル、シラノール、例えばジフェニルシランジオール等の分散剤、酸化鉄、酸化セリウム、オクチル酸鉄等の耐熱性向上剤、接着性や成形加工性を向上させるための各種カーボンファンクショナルシラン、難燃性を付与させるハロゲン化合物、エチニルシクロヘキサノール等の反応制御材等を本発明の目的を損なわない範囲で添加混合してもよい。
【００２９】
前記（Ａ）〜（Ｅ）成分を含有する液状シリコーンゴム組成物は通常その粘度が、２５℃において、５〜５００Ｐａ・ｓであり、特に好ましくは１０〜２００Ｐａ・ｓである。
【００３０】
前記前記（Ａ）〜（Ｅ）成分を含有する液状シリコーンゴム組成物は特開２００５−８２６１７号公報に開示されたシリコーンゴム組成物と同様であり、前記公報に開示された硬化条件にて前記液状シリコーンゴム組成物を硬化させることができる。
【００３１】
この発明の半導電性ローラを製造する方法につき説明する。この発明の半導電性ローラは、弾性体層の外径が従来の半導電性ローラとは異なっているが、製造方法は従来の半導電性ローラの製造方法に従えばよい。例えば、図２に示す金型に前記液状シリコーンゴム組成物を注入する成形法により、この発明の半導電性ローラを製造することができる。図２に示す金型２１は、弾性体層の外径に沿う内壁面２２により囲繞されるキャビティ２３を有する円筒金型本体２４と、その円筒金型本体２４の一端開口部を閉塞すると共にスプルー２５及び軸体２の一端部を挿入固定する軸体端部固定穴２６を備えた一端部金型２７と、前記円筒金型本体２４の他端開口部を閉塞すると共にベント２８、液溜まり部２９及び軸体２の他端部を挿入固定する軸体端部固定穴２６を備えた他端部金型３０とを有する。なお、図２において、３１で示すのは、前記スプルーを通じて例えば液状シリコーンゴム組成物を注入するための注入口である。
【００３２】
図２に示される金型を用いた半導電性ローラの製造方法を具体的に示す。まず、金型２１内に軸体２を装着する。言うまでもないが、軸体２は、キャビティ２３の軸線に一致するように配置される。軸体２は、円柱又は円筒状で、通常は鋼、ステンレス、銅、洋白、リン青銅などの金属、並びにポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステル、フェノール樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、尿素樹脂等の合成樹脂等の、従来と同様の素材で形成される。
【００３３】
図２に示される金型２１におけるスプルー２５を通じて弾性体層を形成することのできる原料が注入される。弾性体層を形成するのに好適な原料としては、例えば、付加反応型のシリコーンゴム、液体射出成形によるシリコーンゴムを主とする液状タイプの組成物、前述した液状シリコーンゴム組成物等を挙げることができる。
【００３４】
本発明の半導電性ローラにおける弾性体層の形状を本発明において規定するように整える一つの方法は、金型のキャビティ内で硬化した硬化物の収縮を制御することである。例えば、金型から取り出した軸体付きの硬化物を後加熱処理する際の処理条件を調整することである。硬化時の収縮により、また、後加熱処理する際の処理条件の調節により弾性体層の一端部の外径と他端部の外径とが相違するときには両端部のいずれか又は両方を裁断することにより一端部の外径と他端部の外径とを同じくすることができる。
【００３５】
かくして弾性体層の端部の外径が中央部の外径より大きく、前記弾性体層の両端部から４０ｍｍを除いた領域における弾性体層の平均外径と両端部の外径との差がそれぞれ０．３ｍｍ以下であるところの、軸体付きの弾性体層が形成される。必要に応じてこの弾性体層の表面に前述した被覆層が形成され、半導電性ローラが完成する。
【００３６】
このようにして得られた半導電性ローラは、電子写真方式の画像形成装置に装着して好適に使用することが出来る。特に、従来からの画像形成装置用の半導電性ローラとして使用すれば、耐変形性、耐密着性、電気特性は従来の半導電性ローラと同じように優れており、半導電性ローラの寿命が延び、半導電性ローラからのトナー漏れも少なくなる。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例及び比較例を示し、この発明を具体的に説明するが、この発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【００３８】
（実施例１）
両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖されたジメチルポリシロキサン（重合度３００）１００質量部、ＢＥＴ比表面積が１１０ｍ２／ｇである疎水化処理されたヒュームドシリカ（日本アエロジル株式会社製、Ｒ−９７２）１質量部、平均粒径６μｍ、嵩密度が０．２５ｇ／ｃｍ３である珪藻土（オプライトＷ−３００５Ｓ、北秋珪藻土株式会社製）４０質量部、アセチレンブラック（デンカブラックＨＳ−１００、電気化学工業株式会社製）５質量部をプラネタリーミキサーに入れ、３０分撹拌を続けた後、３本ロールに１回通した。これを等しい重量で２分割し、一方をプラネタリーミキサーに戻し、架橋剤として、両末端及び側鎖にＳｉ−Ｈ基を有するメチルハイドロジェンポリシロキサン（重合度１７、Ｓｉ−Ｈ量０．００６０ｍｏｌ／ｇ）２．１質量部、反応制御剤として、エチニルシクロヘキサノール０．１質量部を添加し、１５分撹拌を続けた後、取り出した組成物をシリコーンゴム組成物（ａ）とした。また、残り半分をプラネタリーミキサーに入れ、白金触媒（Ｐｔ濃度１％）０．１質量部を添加し、１５分撹拌を続けてできあがった組成物をシリコーンゴム組成物（ｂ）とした。このシリコーン組成物（ａ）及び（ｂ）を室温で１５分撹拌混合し、液状シリコーンゴム組成物（１）とした。なお、この液状シリコーンゴム組成物（１）の２５℃における粘度は、８２Ｐａ・ｓであった。
【００３９】
次に、図２に示すように、外径３５ｍｍ、内径２０．８ｍｍ、軸線長さ２３７ｍｍのキャビティを持つ円筒金型本体２４、一端部金型２７、他端部金型３０からなる液体射出成形用の金型２１を用意し、金型２１の内壁面に離型剤（商品名：ダイフリー ダイキン工業株式会社製）を塗布して、キャビティ２３の中央にステンレス鋼ＳＵＭ２２に厚み５μｍの無電解ニッケルメッキを施して接着性向上のためにシリコーン系プライマー〔信越化学工業株式会社製：商品名プライマーＮｏ．１６〕を予め塗布し、ギヤオーブン中で１５０℃、１０分の条件で焼付処理を施した外径φ７．５ｍｍ、長さ２８１．５ｍｍの軸体を取付けて組み立て、一端部金型２７のスプルー２５を通じてキャビティ２３内に液状シリコーンゴム組成物（１）を注入した。次に金型２１の外部から加熱して１６０℃で７分間加熱硬化（１次熱処理）させ、軸体と一体成形した。次に金型２１を１０℃で１０分間冷却して軸体付き硬化体を金型２１から取り出した。金型２１から脱型したときは、その軸体付き硬化体にはスプルー及びベントによる余剰硬化物が付着しているので、硬化体両端部を軸線長さ方向に各１ｍｍずつ切断するのと同時に除去して、一次成形品を作製した。尚、作製した一次成形品における弾性体層の軸線長さ寸法は、２３５ｍｍとした。
【００４０】
続いて、一次成形品を加熱炉で２００℃、７時間加熱処理（２次熱処理）し、一次成形品における弾性体層に含まれる低分子シロキサンの含有量を低減させて半導電性ローラを作製した。
【００４１】
（実施例２）
一次成形品を加熱炉で２００℃、５時間加熱処理（２次熱処理）した以外は、実施例１と同様に操作して、半導電性ローラを作製した。
【００４２】
（実施例３）
一次成形品を加熱炉で２００℃、３時間加熱処理（２次熱処理）した以外は、実施例１と同様に操作して、半導電性ローラを作製した。
【００４３】
（実施例４）
一次成形品を加熱炉で１９０℃、７時間加熱処理（２次熱処理）した以外は、実施例１と同様に操作して、半導電性ローラを作製した。
【００４４】
（実施例５）
一次成形品を加熱炉で１８０℃、７時間加熱処理（２次熱処理）した以外は、実施例１と同様に操作して、半導電性ローラを作製した。
【００４５】
（比較例１）
一次成形品を加熱炉で２３０℃、４時間加熱処理（２次熱処理）した以外は、実施例１と同様にして、半導電性ローラを作製した。
【００４６】
（比較例２）
一次成形品を加熱炉で２００℃、９時間加熱処理（２次熱処理）した以外は、実施例１と同様にして、半導電性ローラを作製した。
【００４７】
（比較例３）
一次成形品を加熱炉で２２０℃、７時間加熱処理（２次熱処理）した以外は、実施例１と同様にして、半導電性ローラを作製した。
【００４８】
（実施例６〜１０、比較例４〜６）
実施例１〜５及び比較例１〜３で得られた半導電性ローラの弾性体層外周面に、低圧水銀灯により紫外線・オゾン処理を施した。その後、弾性体層の表面にアミノシラン系カップリング剤〔信越化学工業株式会社製：商品名ＫＢＭ６０３〕を塗布してプライマー層を形成した。
【００４９】
次にウレタン系塗料〔三井武田ケミカル株式会社製：商品名タケラックＥ−５５３（不揮発分５０％）〕１００質量部に、充填材として煙霧質シリカ系充填材〔日本アエロジル株式会社製：商品名ＡＥＲＯＳＩＬ２００〕１５質量部、導電性付与剤としてカーボンブラック〔旭カーボン株式会社製：商品名アサヒサーマル〕１０質量部を添加し、ポットミルで８時間攪拌・分散した後、ポリイソシアネート系架橋剤〔三井武田ケミカル株式会社製 商品名タケラックＤ１４０Ｎ〕２０質量部を添加したコート剤を、表面にプライマー層を形成した弾性体層上に厚さ１５μｍでスプレーコーティングした後、温度１５０℃で３０分間加熱硬化させ、得られた半導電性ローラを実施例６〜１０、比較例４〜６とした。
【００５０】
（評価）
得られた半導電性ローラの周方向外径寸法、印字特性について、後述する評価方法により確認した。また、後述する方法により、上記液状シリコーンゴム組成物（１）に対する加熱硬化（１次熱処理）及び加熱処理（２次熱処理）による成形収縮率の変化をシート状サンプルにより確認した。
【００５１】
＜評価方法＞
１．成形収縮率
実施例１〜５、及び比較例１における液状シリコーンゴム組成物（１）を、長さ１００ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚み１ｍｍのキャビティ寸法を有するトランスファー成形金型に、注入し、上記した各加熱条件に基づいて加熱硬化（１次熱処理）及び加熱処理（２次熱処理）することによりシート状成形品に含まれる低分子シロキサンの含有量を低減させてシート状サンプルを作製した。
【００５２】
次にそのシート状サンプルの長さ及び幅の寸法（Ｄ）を測定して平均値を求め、金型キャビティ寸法との寸法変化「（１００−Ｄ）〔％〕」を成形収縮率とした。
【００５３】
２．ローラ外径寸法
実施例１〜１０、比較例１〜６の半導電性ローラ周方向の外径をレーザー測長器（商品名 ＬＳ−１６１０Ｍ 株式会社ミツトヨ製）により測定した。尚、測定した箇所は、弾性体層の長手方向両端部「Ａ１，Ａ２」、長手方向両端部から４０ｍｍの部分「Ｃ１，Ｃ２」、長手方向両端部から４０ｍｍの部分を除いた中央部で、かつ「Ｃ１」から「Ｃ２」の間で距離が均等となる長手方向３箇所「Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３」とした。また、「Ａ１，Ａ２」から求められる平均値を「Ａ」、「Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３」から求められる平均値を「Ｂ」、「Ａ１，Ａ２」の差の絶対値を［Ａ］とした。
【００５４】
３．印字特性
次いで、実施例６〜１０及び比較例４〜６の半導電性ローラを各４本準備し、図３に示される電子写真式プリンタ（ブラザー工業株式会社製、商品名：「ＨＬ−１８５０」）において、現像ローラとして、配設した。なお、現像剤及び現像剤規制部材は、電子写真式プリンタに付属の現像剤及びブレードを用いた。
【００５５】
（印字濃度評価）
この電子写真式プリンタを、温度２０℃、相対湿度５０％の環境下で、稼動させて、６，０００枚の印字を行った。その後、黒ベタ−網点−５％デューティー−白地印字を２回繰り返し行い、印字した黒ベタ印字部のマクベス濃度を、マクベス濃度計を用いて測定した。黒ベタ印字部のマクベス濃度が１．３以上であった場合を「○」とし、１．３未満であった場合を印字不良と判断し、「×」とした。
【００５６】
（白画像のかぶり評価）
前記印字濃度評価と同様にして、黒ベタ印字部を印字した後、５％デューティーの白地印字部のマクベス濃度を、マクベス濃度計を用いて測定した。０．０１５未満を「○」、０．０１５以上を「×」とした。
【００５７】
【表１】
【００５８】
※印字特性評価
○：「印字濃度」，「白画像のかぶり」の評価結果が共に「○」のもの。
△：「印字濃度」，「白画像のかぶり」の評価結果がいづれか片方のみ「○」のもの。
×：「印字濃度」，「白画像のかぶり」の評価結果が共に「×」のもの。
−：未実施。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１はこの発明の半導電性ローラの斜視図である。
【図２】図２は軸体付き硬化体を成形する金型を示す断面説明図である。
【図３】図３はモノクロプリンタの模式図である。
【図４】図４はカラープリンタの模式図である。
【図５】図５は現像装置の現像部の模式図である。
【符号の説明】
【００６０】
１：半導電性ローラ
２：軸体
３：弾性体
４：被覆層
５：半導電性ローラの端部６ａ，６ｂを除いた中央部分
６ａ，６ｂ：半導電性ローラの端部４０ｍｍの部分
１０：現像装置の現像部
１１：半導電性ローラ
１２：現像ブレード
１３：感光ドラム
１４：印画用紙
１５：転写ローラ
１６：帯電ローラ
１７：トナー供給ローラ
１８，１９，２０：トナー
２１：金型
２２：内壁面
２３：キャビティ
２４：円筒金型本体
２５：スプルー
２６：軸体端部固定穴
２７：一端部金型
２８：ベント
２９：液溜まり部
３０：他端部金型
３１：注入口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸体とその軸体の外周面に外径・表面調整加工なしの弾性体層とを備え、前記弾性体層の端部の外径が中央部の外径より大きく、前記弾性体層の両端部から４０ｍｍまでの領域を除いた弾性体層の平均外径と両端部の外径との差がそれぞれ０．３ｍｍ以下であることを特徴とする半導電性ローラ。
【請求項２】
弾性体層がシリコーンゴム組成物の硬化体層である請求項１に記載した半導電性ローラ。
【請求項３】
外径・表面調整加工なしの弾性体層表面にコート層を有する請求項１又は２に記載した半導電性ローラ。
【請求項４】
軸体の外周面に弾性体層を液体射出成形により形成し、形成された弾性体層の表面を外径・表面調整加工なしとする請求項１〜３のいずれか一項に記載した半導電性ローラの製造方法。
【請求項５】
外径・表面調整加工なしの弾性体層表面をプライマー処理してからコート層を形成する請求項４に記載した半導電性ローラの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか一項に記載した半導電性ローラを装備してなることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
軸体とその軸体の外周面に外径・表面調整加工なしの弾性体層とを備え、前記弾性体層の端部の外径が中央部の外径より大きく、前記弾性体層の両端部から４０ｍｍまでの領域を除いた弾性体層の平均外径と両端部の外径との差がそれぞれ０．３ｍｍ以下であることを特徴とする半導電性ローラ。
【請求項２】
弾性体層がシリコーンゴム組成物の硬化体層である請求項１に記載した半導電性ローラ。
【請求項３】
外径・表面調整加工なしの弾性体層表面にコート層を有する請求項１又は２に記載した半導電性ローラ。
【請求項４】
軸体の外周面に弾性体層を液体射出成形により形成し、形成された弾性体層の表面を外径・表面調整加工なしとする請求項１〜３のいずれか一項に記載した半導電性ローラの製造方法。
【請求項５】
外径・表面調整加工なしの弾性体層表面をプライマー処理してからコート層を形成する請求項４に記載した半導電性ローラの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか一項に記載した半導電性ローラを装備してなることを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−３０４２８９（Ｐ２００７−３０４２８９Ａ）
【公開日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３１８９９（Ｐ２００６−１３１８９９）
【出願日】平成１８年５月１０日（２００６．５．１０）
【出願人】（０００１９０１１６）信越ポリマー株式会社 (1,394)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１０日（２００６．５．１０）
【出願人】（０００１９０１１６）信越ポリマー株式会社 (1,394)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]