導電性ローラおよびその製造方法
【課題】弾性層形成用塗料の比重のバラツキが小さく、かつ、弾性層表面が微細な気孔を有する導電性ローラおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】シャフト１と、その外周に形成された弾性層２と、を備える導電性ローラである。弾性層２が、ポリウレタン樹脂と湿潤剤とを含有するポリウレタンフォームからなる。上記導電性ローラを製造する方法である。ポリウレタン樹脂と湿潤剤とを含有する配合材料を、機械的に攪拌することにより発泡させた後、発泡した配合材料を、シャフト１にディッピング塗布して、シャフト１の外周に弾性層２を形成する。
【解決手段】シャフト１と、その外周に形成された弾性層２と、を備える導電性ローラである。弾性層２が、ポリウレタン樹脂と湿潤剤とを含有するポリウレタンフォームからなる。上記導電性ローラを製造する方法である。ポリウレタン樹脂と湿潤剤とを含有する配合材料を、機械的に攪拌することにより発泡させた後、発泡した配合材料を、シャフト１にディッピング塗布して、シャフト１の外周に弾性層２を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性ローラおよびその製造方法（以下、単に「ローラ」および「製造方法」とも称する）に関し、詳しくは、電子写真方式を用いた画像形成装置において使用される導電性ローラおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、複写機やプリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式を用いた画像形成装置においては、画像形成の各工程で、転写ローラ、現像ローラ、トナー供給ローラ、帯電ローラ、クリーニングローラ、中間転写ローラ、ベルト駆動ローラ等の、導電性を付与したローラが用いられている。
【０００３】
かかるローラ部材としては、従来、軸の外周に、導電剤を配合することにより導電性を付与したゴムや高分子エラストマー、高分子フォーム等からなる弾性層を形成した構造を基本構造として、所望の表面粗さや導電性、硬度などを得るために、その外周に一層または複数層の塗膜を設けたものが使用されている。
【０００４】
導電性ローラの改良に係る技術としては、例えば、特許文献１に、水系ポリウレタン樹脂を主成分とし、フッ素樹脂ディスパージョンを含有する水系の電子写真装置部材用コーティング剤に、所定の割合で層状ケイ酸塩を含有させる技術が開示されており、この電子写真装置部材用コーティング剤にはシリコーン系化合物等の湿潤剤を含有させることができることも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１１７６７４号公報（特許請求の範囲，段落［００２２］等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、フォーム体からなる弾性層の外周には、通常、抵抗調整や弾性確保の目的でソリッド（非発泡）の層が設けられるが、これら目的の達成のためには、弾性層表面の気孔径が小さいことが重要である。これは、弾性層表面の気孔径が大きいと、ソリッド層の塗料が気孔内に浸み込んでしまい、ソリッド層表面にうねりを生ずる場合があるためである。したがって、フォーム体からなる弾性層を備える導電性ローラにおいては、弾性層形成用塗料の比重のバラツキが低いことに加え、フォーム内の気泡が微細であることが、画像精度を高める上で重要となる。しかしながら、ミキサー等を用いた自由発泡による手法では、フォーム体からなる弾性層形成用塗料の比重や、弾性層表面の気孔径を所望に調整することは困難であるため、改良が求められていた。
【０００７】
そこで本発明の目的は、上記問題を解消して、弾性層形成用塗料の比重のバラツキが小さく、かつ、弾性層表面が微細な気孔を有する導電性ローラおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は鋭意検討した結果、弾性層を構成するフォーム体の組成中に湿潤剤を配合することにより、上記問題を解消できることを見出して、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明の導電性ローラは、シャフトと、該シャフトの外周に形成された弾性層と、を備える導電性ローラにおいて、
前記弾性層が、ポリウレタン樹脂と湿潤剤とを含有するポリウレタンフォームからなることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明において、前記湿潤剤としては、シリコーン系界面活性剤を好適に用いることができる。また、前記ポリウレタンフォームには、前記湿潤剤を前記ポリウレタン樹脂１００質量部に対し０．１〜４質量部にて含有させることが好ましい。さらに、本発明のローラにおいては、前記弾性層の外周に、表層が形成されていることが好ましい。本発明の導電性ローラは、帯電ローラとして好適に用いることができる。
【００１１】
また、本発明の導電性ローラの製造方法は、上記本発明の導電性ローラを製造する方法であって、
前記ポリウレタン樹脂と湿潤剤とを含有する配合材料を、機械的に攪拌することにより発泡させた後、発泡した該配合材料を、前記シャフトにディッピング塗布して、該シャフトの外周に前記弾性層を形成することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、弾性層を構成するポリウレタンフォームの配合中に湿潤剤を含有させたことで、弾性層形成用塗料の比重のバラツキが小さく、かつ、弾性層表面が微細な気孔を有する導電性ローラおよびその製造方法を実現することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の導電性ローラの一例を示す長手方向断面図である。
【図２】本発明の導電性ローラの他の例を示す長手方向断面図である。
【図３】本発明の導電性ローラのさらに他の例を示す長手方向断面図である。
【図４】実施例１の導電性ローラの弾性層の断面における気孔の状態を示す写真図である。
【図５】実施例２の導電性ローラの弾性層の断面における気孔の状態を示す写真図である。
【図６】実施例３の導電性ローラの弾性層の断面における気孔の状態を示す写真図である。
【図７】実施例４の導電性ローラの弾性層の断面における気孔の状態を示す写真図である。
【図８】比較例１の導電性ローラの弾性層の断面における気孔の状態を示す写真図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の導電性ローラの一例を示す長手方向断面図である。図示するように、本発明の導電性ローラ１０は、シャフト１と、その外周に順次形成された弾性層２とを少なくとも備えるものである。好適には図示するように、弾性層２の外周に、さらにソリッド（非発泡）の表層３が形成されている。
【００１５】
本発明においては、弾性層２が、ポリウレタン樹脂と、湿潤剤とを含有するポリウレタンフォームからなる点に特徴がある。弾性層２を構成するポリウレタンフォームの配合中に、湿潤剤を含有させたことで、自由発泡させた際の塗料の発泡比重をより精密に制御して、比重のバラツキを０．１ｇ／ｍｌ以内程度に小さく抑えることができるとともに、発泡セルの粗大化を抑制して、弾性層表面の気孔を平均気孔径で１３０μｍ以下程度にまで微細化することができ、ローラの表面性を向上することが可能となった。また、本発明によれば、レベリング効果も得ることができ、すなわち、弾性層をディッピングにより塗布形成した際における乾燥時の表面の液ダレを抑制することができる。
【００１６】
本発明において、かかる湿潤剤としては、例えば、ポリエーテル変性シリコーン等のシリコーン系界面活性剤を好適に使用することができる。ポリエーテル変性シリコーンは、ポリ（ジアルキルシロキサン）のアルキル基の一部をポリオキシアルキレン基を持つ置換基に置き換えた構造を有する。かかるポリエーテル変性シリコーンとしては、例えば、ジメチルポリシロキサンポリオキシアルキレン共重合体が挙げられる。本発明において、弾性層２中に、かかる湿潤剤を配合することで上記効果が得られる理由としては、湿潤剤が低起泡作用を有するために、塗料がある程度まで発泡するとそれ以上発泡しにくくなること、および、粗大化した発泡セルが破泡しやすくなることによるものと考えられる。かかるシリコーン系界面活性剤からなる湿潤剤としては、例えば、サンノプコ（株）製のＳＮウェット１２５等を好適に用いることができる。
【００１７】
弾性層２を構成するポリウレタンフォームにおいて、湿潤剤の配合量は、ポリウレタン樹脂１００質量部に対し、０．１〜４質量部、特には０．１〜２質量部とすることが好ましい。湿潤剤の配合量が多すぎると、塗料のゲル化が生じやすくなり、一方、少なすぎると、本発明の所期の効果を十分に得られないおそれがあり、いずれも好ましくない。
【００１８】
本発明においては、導電性ローラの弾性層２を構成するポリウレタンフォーム中に湿潤剤を含有させた点のみが重要であり、それ以外の点については、常法に従い適宜構成することができ、特に制限されるものではない。例えば、上記ポリウレタンフォームに用いるポリウレタン樹脂としては、従来公知の材料を適宜選択して用いることができ、特に制限されるものではない。また、ポリウレタンフォームの発泡倍率としては、特に制限されるものではないが、１．２〜５０倍、特には１．５〜１０倍程度が好ましく、フォーム密度は、０．１〜０．７ｇ／ｃｍ３程度が好ましい。
【００１９】
弾性層２には導電剤を添加することができ、これにより、導電性を付与し、または調整して、所定の抵抗値とすることができる。かかる導電剤としては、特に限定されず、ラウリルトリメチルアンモニウム、ステアリルメチルアンモニウム、オクタ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、変性脂肪酸・ジメチルエチルアンモニウムの過塩素酸塩、塩素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、硫酸塩、エトサルフェート塩、臭化ベンジル塩、塩化ベンジル塩等のハロゲン化ベンジル塩等の第四級アンモニウム塩などの陽イオン性界面活性剤、脂肪族スルホン酸塩、高級アルコール硫酸エステル塩、高級アルコールエチレンオキサイド付加硫酸エステル塩、高級アルコール燐酸エステル塩、高級アルコールエチレンオキサイド付加燐酸エステル塩などの陰イオン界面活性剤、高級アルコールエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、多価アルコール脂肪酸エステル等の非イオン性帯電防止剤などの帯電防止剤、ＮａＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＢＦ４、ＮａＳＣＮ、ＫＳＣＮ、ＮａＣｌ等のＬｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋等の周期律表第１族の金属塩、あるいはＮＨ４＋の塩などの電解質、また、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、酸化処理を施したカラー（インク）用カーボン、熱分解カーボン、天然グラファイト、人造グラファイト、アンチモンドープの酸化錫、酸化チタン、酸化亜鉛、ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属および金属酸化物、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等が挙げられる。これらの導電剤は単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。また、これら導電剤の配合量は、組成物の種類に応じて適宜選定され、通常、弾性層２の体積抵抗率が１００〜１０８Ω・ｃｍ、好ましくは１０２〜１０６Ω・ｃｍとなるように調整される。
【００２０】
また、この弾性層２には、上記導電剤の他にも、必要に応じて、耐水化剤、発泡剤、整泡剤、硬化剤、増粘剤、消泡剤、レベリング剤、分散剤、チクソトロピー性付与剤、ブロッキング防止剤、架橋剤、成膜助剤等の公知の添加剤を適量配合することができる。このうち耐水化剤としては、例えば、炭酸アンモニウムジルコニウムを好適に使用することができる。弾性層２に耐水化剤を含有させることで、ローラ抵抗の環境依存性を改善して、環境変化に伴う抵抗の変動を抑制することができるとともに、弾性層２の表面に形成される気孔を微細化して、ローラの表面性を向上することができる。かかる耐水化剤の配合量は、ポリウレタン樹脂１００質量部に対し、０．５〜２０質量部、特には０．５〜５質量部とすることが好ましい。耐水化剤の配合量が多すぎると、粘度が高くなりすぎてポットライフが低下する傾向があり、一方、耐水化剤の配合量が少なすぎると、所期の効果を十分に得られないおそれがあり、いずれも好ましくない。
【００２１】
弾性層２の厚みとしては、１．０〜５．０ｍｍであることが好ましく、１．０〜３．０ｍｍであることがより好ましい。弾性層２の厚みをかかる範囲とすることで、スパーク放電を防止することができる。
【００２２】
本発明のローラに用いるシャフト１としては、金属製またはプラスチック製の、中空円筒体または中実円柱体を使用することができるが、好ましくは、金属製の中空円筒体または中実円柱体であり、より好ましくは、金属製の中空円筒体である。これにより、コスト性を向上することができる。
【００２３】
また、本発明において弾性層２上に設ける表層３は、好適には、水系塗料を用いて形成する。かかる表層３に用いる水系塗料には、ローラ等の材料として公知のゴムや樹脂を用いることができる。樹脂としては、例えば、ウレタン変性アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、アクリルシリコーン樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂等が挙げられ、これらの１種または２種以上を混合して用いることができる。また、ゴム系の水系塗料としては、天然ゴム（ＮＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等のラテックス、ポリウレタン樹脂系の水系塗料としては、エーテル系、エステル系等のエマルションやディスパージョン、アクリル樹脂系の水系塗料としては、アクリル、アクリルスチレン等のエマルション、フッ素樹脂系の水系塗料としては、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン‐パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン‐エチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン‐エチレン共重合体、テトラフルオロエチレン‐ビニリデンフルオライド共重合体、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルフルオライド等を好適に用いることができる。
【００２４】
本発明においては、上記の中でも、水系塗料として、水系アクリル樹脂を好適に用いることができる。かかる水系アクリル樹脂としては、アクリロニトリルとｎ−ブチルアクリレートとを必須成分とし、任意にその他のモノマーを含むものが好ましく、その他のモノマーとしては、エチルアクリレート、アクリル酸２‐エチルへキシル、アクリル酸、メタクリル酸等が挙げられる。アクリロニトリルおよびｎ‐ブチルアクリレートを必須成分とするのは、これらが弾性（セット性）の向上に寄与するためであり、かかる観点からは、可能な限りｎ‐ブチルアクリレート量を増量し、他の成分を減量するとともに、必須成分以外のその他のモノマー成分のモノマー比率を減らすことが好ましい。一方、アクリロニトリルの比率を高めすぎると、形成された層が硬くなってしまうため好ましくない。したがって、必須成分であるアクリロニトリルとｎ−ブチルアクリレートとのモノマー比率は、モル比で１〜２５：９９〜７５、特には５〜２０：９５〜８０の範囲内とすることが好ましい。
【００２５】
また、上記水系アクリル樹脂は、分子中に活性水素を有する基を含んでいることが好ましい。活性水素を有する基としては、カルボキシル基、水酸基、アミノ基等が挙げられ、好適にはカルボキシル基である。本発明において、かかる活性水素を有する基を含むモノマーの比率は、全モノマー量の３〜６％の範囲内とすることが好ましい。本発明においては、活性水素を有する基を含むモノマーの比率をこの範囲内とすることで、表面酸価が１０ｍｇ／ｇ以上、例えば、１０〜２０ｍｇ／ｇに調整された水系アクリル樹脂を好適に用いることができる。
【００２６】
また、上記表層３を形成する水系塗料中には、特に制限されるものではないが、導電剤を添加して、表層３の導電性（電気抵抗）を付与または調整することができる。この場合に用いる導電剤としては、特に制限はなく、弾性層２に使用されるのと同様のものを、１種にて、または２種以上を混合して、適宜用いることができる。また、これら導電剤の配合量は、組成物の種類に応じて適宜選定され、通常、表層２の体積抵抗率が１×１０４〜１×１０１２Ω・ｃｍ、好ましくは１×１０６〜１×１０８Ω・ｃｍとなるように調整される。
【００２７】
なお、この表層３を形成する水系塗料中には、架橋剤、増粘剤、チクソトロピー性付与剤、構造粘性付与剤等の添加剤を、必要に応じて添加することができる。
【００２８】
表層３の厚みは、特に制限されるものではないが、通常１〜３０μｍ、特には１〜２０μｍとすることができる。表層３の厚みが１μｍ未満であると、ローラの耐久性に劣る場合があり、一方２０μｍを超えると、帯電特性等に悪影響を与えたり、表面にしわを生じたりするなど、良好な表面性が得られない場合がある。
【００２９】
本発明の導電性ローラ１０は、シャフト１の外周に少なくとも弾性層２を備え、好適にはさらに表層３を備えるものであるが、必要に応じて、弾性層２と表層３との間に、中間層として抵抗調整層５を設けることができ、また、弾性層２と抵抗調整層５との間に、さらに接着層４を介在させることもできる。さらに、シャフト１の外周に、弾性層２を形成するに先立って、接着層４を設けて、シャフト１と弾性層２との接着性を向上させることもできる。図２は、本発明の導電性ローラの他の構成例を示す長手方向断面図である。図示する導電性ローラ２０は、シャフト１と、その外周に順次形成された接着層４、弾性層２、抵抗調整層５および表層３と、を備えるものである。
【００３０】
上記抵抗調整層５は、樹脂に導電剤を添加した樹脂組成物により形成することができる。この樹脂組成物を構成する樹脂としては、特に制限されるものではないが、具体的には例えば、ウレタン樹脂、アクリルウレタン樹脂、アクリル樹脂、エステル樹脂、ナイロン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられ、これらのうちの１種を、または、２種以上を混合して用いることができ、中でも、ウレタン樹脂、アクリルウレタン樹脂、アクリル樹脂等の水系塗料が好ましく用いられる。また、この水系塗料に添加される導電剤としては、上記弾性層２に用いられた導電剤と同じものを使用することができる。
【００３１】
抵抗調整層５は、導電性ローラの電気抵抗値を調整するために任意に設けられるものであり、かかる抵抗調整層５の抵抗値は、上記弾性層２の抵抗値や、ローラに求められる抵抗値に応じて適宜設定されるが、通常は１×１０３〜１×１０８Ω・ｃｍ、特には１×１０５〜１×１０７Ω・ｃｍの範囲とすることができる。この場合、上記導電剤の配合量は、この抵抗値が達成される適量とすることができるが、通常は、上記水系塗料の基材樹脂１００質量部に対して、０．１〜２０質量部、特には１〜１０質量部とすることが好ましい。
【００３２】
また、上記抵抗調整層５には、導電剤の他に、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の添加剤を配合することができる。例えば、オキサゾリン系、エポキシ系、メラミン系、グアナミン系、イソシアネート系、フェノール系等の架橋剤を、使用する基材樹脂に応じて適量にて配合することができ、その他、造膜助剤、分散剤、増粘剤、レベリング剤、チクソトロピー性付与剤、構造粘性付与剤等の公知の添加剤を適量にて配合してもよい。
【００３３】
抵抗調整層５の厚みは、弾性層２の厚みや導電性ローラの形態などに応じて適宜選定され、特に制限されるものではないが、通常は１０〜５００μｍ、特には５０〜３００μｍとすることが好ましい。抵抗調整層５の厚みが５０μｍ未満であると、十分な抵抗値の調整を行うことが困難になる場合があり、一方、３００μｍを超えると、相対的に弾性層の厚みが薄くなって、ローラ硬度（部材硬度）が高くなってしまったり、必要以上にコスト高となったりする場合がある。
【００３４】
また、接着層４は、シャフト１と弾性層２との間、または、弾性層２と抵抗調整層５との間を強固に接着させるために、所望に応じ設けることができるものであり、その厚みは１〜１００μｍ程度とすることができる。接着層４は、例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、アクリルウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等の樹脂材料を用いて形成することができ、必要に応じて導電剤や他の添加剤を添加することもできる。
【００３５】
図３は、本発明の導電性ローラのさらに他の例を示す長手方向断面図である。導電性ローラを帯電ローラ等として用いる場合には、感光ドラムに押圧される際に長さ方向に均一な当たり面を形成することが重要であるため、図示する好適例の導電性ローラ３０は、長手方向中央部において端部よりも径が大きいクラウン形状を有している。
【００３６】
導電性ローラをクラウン形状とする場合に、ローラ長手方向断面における、長さ方向中央の突出の程度を表すクラウン量としては、５０〜３００μｍとすることが好ましく、これにより、通常の画像を一層良好なものにすることができる。クラウン量が５０μｍ未満であると、ローラ長さ方向中央部の接触圧が低くなり、一方、クラウン量が３００μｍを超えると、ローラ長さ方向中央部が強く接触しすぎてしまい、いずれの場合も帯電量の不均一等の不具合を招くおそれがある。なお、本発明において導電性ローラのクラウン量の測定は、ミツトヨ（株）製高精度レーザ測定機ＬＳＭ−４３０ｖを用いて行うことができる。この測定機により、ローラ中央部および中央部から端部へ向かう９０ｍｍの位置において外径を測定し、中央部の外径と両端部方向へ各９０ｍｍの位置における外径の平均値との差をローラクラウン量とする。例えば、ローラ長２５０ｍｍの導電性ローラにおいては、一方の端から３５ｍｍ、１２５ｍｍ、２１５ｍｍの３点において外径を測定する。その際、一方の端から３５ｍｍ位置における外径をＡ（ｍｍ）、１２５ｍｍ位置における外径をＢ（ｍｍ）、２１５ｍｍ位置における外径をＣ（ｍｍ）とすると、クラウン量（μｍ）は下記計算式（１）、
クラウン量（μｍ）＝｛Ｂ−（Ａ＋Ｃ）／２｝×１０００ （１）
で求めることができる。
【００３７】
また、本発明の導電性ローラにおいては、振れ（膜厚精度）を、ローラ長さ方向全領域において、７０μｍ以下とすることが好ましい。導電性ローラを帯電ローラとして使用して、感光体と接触させながら回転させた場合、導電性ローラの振れが大きいと、導電性ローラと感光体との間に空隙が生じ、さらに、その空隙距離も様々になってしまう。この場合、感光体上に残留しているトナー粒子および外添剤が、その空隙に侵入しやすくなり、導電性ローラにムラとなって付着する。そのため、ローラ表面がまだらに汚れて、画像不良の原因となってしまう。なお、本発明において導電性ローラの振れの測定は、ミツトヨ（株）製の高精度レーザ測定機ＬＳＭ−４３０ｖを用いて行うことができる。この測定機により、外径を、ローラ長さ方向各５点について測定し、各点について測定した外径の最大値と最小値との差の平均値を振れとする。
【００３８】
本発明の導電性ローラは、特に、帯電ローラとして好適に用いることができる。
【００３９】
本発明の導電性ローラは、以下のようにして製造することができる。すなわち、まず、弾性層２を構成するポリウレタン樹脂に、湿潤剤および他の任意の添加剤を添加して、得られた配合材料を、攪拌機、例えば、ハンドミキサー等を用いて機械的に攪拌することにより発泡させる。その後、発泡した配合材料を、シャフト１にディッピング塗布することにより、シャフト１の外周に弾性層２を形成することができる。弾性層２を、シャフト１に直接塗料を塗布することにより形成することで、製造工程の簡略化が可能となり、コストを低減することができる。
【００４０】
次いで、所望に応じ、接着層４を、前述した構成材料を分散または溶解させた塗料を用いて塗布形成する。塗布方法としては、ディッピング法、スプレー法、ロールコーター法、ダイコート法、リング塗装法等の公知の手法を適宜用いることができ、塗料を塗布後、乾燥固化することにより、接着層４が形成される。中でも、塗布方法としては、ディッピング法を用いることが好ましい。なお、シャフト１と弾性層２との間に接着層４を設ける場合にも上記と同様の手法を用いればよい。また、抵抗調整層５についても、所望に応じ、接着層４と同様にして塗布形成することができる。
【００４１】
さらに、表層３を、上記弾性層２上、または、弾性層２上に形成された抵抗調整層５上に、上記接着層４と同様の手法で塗布形成することにより、本発明の導電性ローラを得ることができる。本発明においては、弾性層２表面の気孔径が微細化されているので、弾性層２上に表層３等を塗布形成する際に塗料が気孔内に入り込むことがなく、最終的に得られる導電性ローラの表面性を損なわないという効果が得られる。
【実施例】
【００４２】
以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
図１に示すような、シャフト１の外周に弾性層２および表層３が順次形成された構成を有する導電性ローラを、下記表中に示す配合に従い、以下に示すようにして作製した。
【００４３】
まず、水系塗料（アクリロニトリル−アクリル酸アルキルエステル−メタクリル酸−メタクリル酸グリシジル共重合物の水性エマルション）１００質量部に対し、エポクロス（オキザゾリン基含有スチレン−アクリル共重合物のエマルション）５質量部、水分散カーボン１０質量部、ファインシールＸ−１２（親水性シリカ）７．５質量部、ＳＮデフォーマー７７７（消泡剤）１質量部、ＳＮウェット９７０（湿潤剤）１質量部、ＵＨ４２０（増粘剤）１．６質量％を配合し、撹拌機で撹拌した。各成分を配合した水系塗料をメッシュでろ過し、凝集物を取り除いた。シャフト１を、この水系塗料にディッピング塗布して熱乾燥することにより、シャフト１の外周に、厚み１００μｍの接着層４を形成した。次いで、下記表中にそれぞれ示す弾性層の配合材料を容器内に投入し、羽を用いて３０分撹拌した。その後、市販のハンドミキサーを用いて６分間撹拌し、発泡させて、発泡ウレタン水分散液を得た。
【００４４】
上記発泡ウレタン水分散液を、接着層４が形成されたシャフト１の外周にディッピング塗布して、熱風オーブンで乾燥・硬化させることにより、それぞれ下記表中に示す厚みを有するポリウレタンフォームからなる弾性層２を形成した。
【００４５】
次いで、水系塗料（アクリルシリコン樹脂，ＥＸ１０２ＳＩ、日本触媒（株）製）１００質量部に対し、２，２，４‐トリメチル‐１，３‐ペンタンジオールモノイソブチレート（ＣＳ‐１２，チッソ（株）製）７０質量部、水系シリコーングラフトアクリルポリマー（サイマックＵＳ‐４５０、東亞合成（株）製）８質量部、ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン（ＢＹＫ‐３３３，ビックケミー・ジャパン（株）製）２７質量部、含フッ素ノニオン系界面活性剤（フタージェント２１５Ｍ，（株）ネオス製）２質量部、シリカ（ファインシールＸ‐１２，（株）トクヤマ製）１０質量部、ナイロン粒子（ガンツパールＧＰＡ‐５５０，ガンツ化成（株）製）１５質量部、黒色有機顔料の水系分散液（ＢＯＮＪＥＴ ＢＬＡＣＫ ＣＷ‐３（オリエント化学（株）製）１０質量部を配合し、撹拌機で撹拌した。得られた水系塗料を、上記弾性層２上にディッピング塗布し、室温で３０分間、１１０℃で２０分間乾燥することにより表層３を形成して、各導電性ローラを得た。
【００４６】
各ローラにつき、表層３形成前の弾性層の表面近傍を肉厚３ｍｍ程度にて切り出し、デジタルマイクロスコープ（（株）キーエンス製，ＶＨＸ−１００）を用いて、画面上で大きいものから順に気孔の直径を１０点測定して、平均化した。得られた気孔径の平均値を、塗料の比重を５回測定した際の、比重の平均値、および、（最大値）−（最小値）で表される比重のバラツキの値とともに、下記表中に示す。また、弾性層断面を撮影した写真を、図４〜８中に示す。
【００４７】
【表１】
＊１）ウレタン樹脂：アデカボンタイターＨＵＸ−９５０（（株）ＡＤＥＫＡ製）
＊２）発泡剤：ノプコＤＣ−１００−Ａ（サンノプコ（株）製）
＊３）湿潤剤：ＳＮウェット１２５（サンノプコ（株）製）
＊４）導電剤：ＢＳＹＤ１４９７１（御国色素（株）製）
＊５）整泡剤：ネオゲンＳ−２０Ｄ（第一工業製薬（株）製）
＊６）硬化剤：アデカボンタイターＨＵＸ−ＳＷ（（株）ＡＤＥＫＡ製）
＊７）耐水化剤：ＡＺコート５８００ＭＴ（サンノプコ（株）製）
【００４８】
【表２】
【００４９】
上記表中に示すように、弾性層配合中にポリウレタン樹脂とともに湿潤剤を含有させた各実施例のローラにおいては、湿潤剤を含有させなかった比較例１のローラと比べて、発泡比重をより精密に制御できることが確かめられた。また、上記表および図中に示すように、各実施例のローラにおいては、比較例１のローラと比べて、弾性層表面における気孔径が微細化されていることが確かめられた。
【符号の説明】
【００５０】
１ シャフト
２ 弾性層
３ 表層
４ 接着層
５ 抵抗調整層
１０，２０，３０ 導電性ローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性ローラおよびその製造方法（以下、単に「ローラ」および「製造方法」とも称する）に関し、詳しくは、電子写真方式を用いた画像形成装置において使用される導電性ローラおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、複写機やプリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式を用いた画像形成装置においては、画像形成の各工程で、転写ローラ、現像ローラ、トナー供給ローラ、帯電ローラ、クリーニングローラ、中間転写ローラ、ベルト駆動ローラ等の、導電性を付与したローラが用いられている。
【０００３】
かかるローラ部材としては、従来、軸の外周に、導電剤を配合することにより導電性を付与したゴムや高分子エラストマー、高分子フォーム等からなる弾性層を形成した構造を基本構造として、所望の表面粗さや導電性、硬度などを得るために、その外周に一層または複数層の塗膜を設けたものが使用されている。
【０００４】
導電性ローラの改良に係る技術としては、例えば、特許文献１に、水系ポリウレタン樹脂を主成分とし、フッ素樹脂ディスパージョンを含有する水系の電子写真装置部材用コーティング剤に、所定の割合で層状ケイ酸塩を含有させる技術が開示されており、この電子写真装置部材用コーティング剤にはシリコーン系化合物等の湿潤剤を含有させることができることも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１１７６７４号公報（特許請求の範囲，段落［００２２］等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、フォーム体からなる弾性層の外周には、通常、抵抗調整や弾性確保の目的でソリッド（非発泡）の層が設けられるが、これら目的の達成のためには、弾性層表面の気孔径が小さいことが重要である。これは、弾性層表面の気孔径が大きいと、ソリッド層の塗料が気孔内に浸み込んでしまい、ソリッド層表面にうねりを生ずる場合があるためである。したがって、フォーム体からなる弾性層を備える導電性ローラにおいては、弾性層形成用塗料の比重のバラツキが低いことに加え、フォーム内の気泡が微細であることが、画像精度を高める上で重要となる。しかしながら、ミキサー等を用いた自由発泡による手法では、フォーム体からなる弾性層形成用塗料の比重や、弾性層表面の気孔径を所望に調整することは困難であるため、改良が求められていた。
【０００７】
そこで本発明の目的は、上記問題を解消して、弾性層形成用塗料の比重のバラツキが小さく、かつ、弾性層表面が微細な気孔を有する導電性ローラおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は鋭意検討した結果、弾性層を構成するフォーム体の組成中に湿潤剤を配合することにより、上記問題を解消できることを見出して、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明の導電性ローラは、シャフトと、該シャフトの外周に形成された弾性層と、を備える導電性ローラにおいて、
前記弾性層が、ポリウレタン樹脂と湿潤剤とを含有するポリウレタンフォームからなることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明において、前記湿潤剤としては、シリコーン系界面活性剤を好適に用いることができる。また、前記ポリウレタンフォームには、前記湿潤剤を前記ポリウレタン樹脂１００質量部に対し０．１〜４質量部にて含有させることが好ましい。さらに、本発明のローラにおいては、前記弾性層の外周に、表層が形成されていることが好ましい。本発明の導電性ローラは、帯電ローラとして好適に用いることができる。
【００１１】
また、本発明の導電性ローラの製造方法は、上記本発明の導電性ローラを製造する方法であって、
前記ポリウレタン樹脂と湿潤剤とを含有する配合材料を、機械的に攪拌することにより発泡させた後、発泡した該配合材料を、前記シャフトにディッピング塗布して、該シャフトの外周に前記弾性層を形成することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、弾性層を構成するポリウレタンフォームの配合中に湿潤剤を含有させたことで、弾性層形成用塗料の比重のバラツキが小さく、かつ、弾性層表面が微細な気孔を有する導電性ローラおよびその製造方法を実現することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の導電性ローラの一例を示す長手方向断面図である。
【図２】本発明の導電性ローラの他の例を示す長手方向断面図である。
【図３】本発明の導電性ローラのさらに他の例を示す長手方向断面図である。
【図４】実施例１の導電性ローラの弾性層の断面における気孔の状態を示す写真図である。
【図５】実施例２の導電性ローラの弾性層の断面における気孔の状態を示す写真図である。
【図６】実施例３の導電性ローラの弾性層の断面における気孔の状態を示す写真図である。
【図７】実施例４の導電性ローラの弾性層の断面における気孔の状態を示す写真図である。
【図８】比較例１の導電性ローラの弾性層の断面における気孔の状態を示す写真図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の導電性ローラの一例を示す長手方向断面図である。図示するように、本発明の導電性ローラ１０は、シャフト１と、その外周に順次形成された弾性層２とを少なくとも備えるものである。好適には図示するように、弾性層２の外周に、さらにソリッド（非発泡）の表層３が形成されている。
【００１５】
本発明においては、弾性層２が、ポリウレタン樹脂と、湿潤剤とを含有するポリウレタンフォームからなる点に特徴がある。弾性層２を構成するポリウレタンフォームの配合中に、湿潤剤を含有させたことで、自由発泡させた際の塗料の発泡比重をより精密に制御して、比重のバラツキを０．１ｇ／ｍｌ以内程度に小さく抑えることができるとともに、発泡セルの粗大化を抑制して、弾性層表面の気孔を平均気孔径で１３０μｍ以下程度にまで微細化することができ、ローラの表面性を向上することが可能となった。また、本発明によれば、レベリング効果も得ることができ、すなわち、弾性層をディッピングにより塗布形成した際における乾燥時の表面の液ダレを抑制することができる。
【００１６】
本発明において、かかる湿潤剤としては、例えば、ポリエーテル変性シリコーン等のシリコーン系界面活性剤を好適に使用することができる。ポリエーテル変性シリコーンは、ポリ（ジアルキルシロキサン）のアルキル基の一部をポリオキシアルキレン基を持つ置換基に置き換えた構造を有する。かかるポリエーテル変性シリコーンとしては、例えば、ジメチルポリシロキサンポリオキシアルキレン共重合体が挙げられる。本発明において、弾性層２中に、かかる湿潤剤を配合することで上記効果が得られる理由としては、湿潤剤が低起泡作用を有するために、塗料がある程度まで発泡するとそれ以上発泡しにくくなること、および、粗大化した発泡セルが破泡しやすくなることによるものと考えられる。かかるシリコーン系界面活性剤からなる湿潤剤としては、例えば、サンノプコ（株）製のＳＮウェット１２５等を好適に用いることができる。
【００１７】
弾性層２を構成するポリウレタンフォームにおいて、湿潤剤の配合量は、ポリウレタン樹脂１００質量部に対し、０．１〜４質量部、特には０．１〜２質量部とすることが好ましい。湿潤剤の配合量が多すぎると、塗料のゲル化が生じやすくなり、一方、少なすぎると、本発明の所期の効果を十分に得られないおそれがあり、いずれも好ましくない。
【００１８】
本発明においては、導電性ローラの弾性層２を構成するポリウレタンフォーム中に湿潤剤を含有させた点のみが重要であり、それ以外の点については、常法に従い適宜構成することができ、特に制限されるものではない。例えば、上記ポリウレタンフォームに用いるポリウレタン樹脂としては、従来公知の材料を適宜選択して用いることができ、特に制限されるものではない。また、ポリウレタンフォームの発泡倍率としては、特に制限されるものではないが、１．２〜５０倍、特には１．５〜１０倍程度が好ましく、フォーム密度は、０．１〜０．７ｇ／ｃｍ３程度が好ましい。
【００１９】
弾性層２には導電剤を添加することができ、これにより、導電性を付与し、または調整して、所定の抵抗値とすることができる。かかる導電剤としては、特に限定されず、ラウリルトリメチルアンモニウム、ステアリルメチルアンモニウム、オクタ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、変性脂肪酸・ジメチルエチルアンモニウムの過塩素酸塩、塩素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、硫酸塩、エトサルフェート塩、臭化ベンジル塩、塩化ベンジル塩等のハロゲン化ベンジル塩等の第四級アンモニウム塩などの陽イオン性界面活性剤、脂肪族スルホン酸塩、高級アルコール硫酸エステル塩、高級アルコールエチレンオキサイド付加硫酸エステル塩、高級アルコール燐酸エステル塩、高級アルコールエチレンオキサイド付加燐酸エステル塩などの陰イオン界面活性剤、高級アルコールエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、多価アルコール脂肪酸エステル等の非イオン性帯電防止剤などの帯電防止剤、ＮａＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＢＦ４、ＮａＳＣＮ、ＫＳＣＮ、ＮａＣｌ等のＬｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋等の周期律表第１族の金属塩、あるいはＮＨ４＋の塩などの電解質、また、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、酸化処理を施したカラー（インク）用カーボン、熱分解カーボン、天然グラファイト、人造グラファイト、アンチモンドープの酸化錫、酸化チタン、酸化亜鉛、ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属および金属酸化物、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等が挙げられる。これらの導電剤は単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。また、これら導電剤の配合量は、組成物の種類に応じて適宜選定され、通常、弾性層２の体積抵抗率が１００〜１０８Ω・ｃｍ、好ましくは１０２〜１０６Ω・ｃｍとなるように調整される。
【００２０】
また、この弾性層２には、上記導電剤の他にも、必要に応じて、耐水化剤、発泡剤、整泡剤、硬化剤、増粘剤、消泡剤、レベリング剤、分散剤、チクソトロピー性付与剤、ブロッキング防止剤、架橋剤、成膜助剤等の公知の添加剤を適量配合することができる。このうち耐水化剤としては、例えば、炭酸アンモニウムジルコニウムを好適に使用することができる。弾性層２に耐水化剤を含有させることで、ローラ抵抗の環境依存性を改善して、環境変化に伴う抵抗の変動を抑制することができるとともに、弾性層２の表面に形成される気孔を微細化して、ローラの表面性を向上することができる。かかる耐水化剤の配合量は、ポリウレタン樹脂１００質量部に対し、０．５〜２０質量部、特には０．５〜５質量部とすることが好ましい。耐水化剤の配合量が多すぎると、粘度が高くなりすぎてポットライフが低下する傾向があり、一方、耐水化剤の配合量が少なすぎると、所期の効果を十分に得られないおそれがあり、いずれも好ましくない。
【００２１】
弾性層２の厚みとしては、１．０〜５．０ｍｍであることが好ましく、１．０〜３．０ｍｍであることがより好ましい。弾性層２の厚みをかかる範囲とすることで、スパーク放電を防止することができる。
【００２２】
本発明のローラに用いるシャフト１としては、金属製またはプラスチック製の、中空円筒体または中実円柱体を使用することができるが、好ましくは、金属製の中空円筒体または中実円柱体であり、より好ましくは、金属製の中空円筒体である。これにより、コスト性を向上することができる。
【００２３】
また、本発明において弾性層２上に設ける表層３は、好適には、水系塗料を用いて形成する。かかる表層３に用いる水系塗料には、ローラ等の材料として公知のゴムや樹脂を用いることができる。樹脂としては、例えば、ウレタン変性アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、アクリルシリコーン樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂等が挙げられ、これらの１種または２種以上を混合して用いることができる。また、ゴム系の水系塗料としては、天然ゴム（ＮＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等のラテックス、ポリウレタン樹脂系の水系塗料としては、エーテル系、エステル系等のエマルションやディスパージョン、アクリル樹脂系の水系塗料としては、アクリル、アクリルスチレン等のエマルション、フッ素樹脂系の水系塗料としては、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン‐パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン‐エチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン‐エチレン共重合体、テトラフルオロエチレン‐ビニリデンフルオライド共重合体、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルフルオライド等を好適に用いることができる。
【００２４】
本発明においては、上記の中でも、水系塗料として、水系アクリル樹脂を好適に用いることができる。かかる水系アクリル樹脂としては、アクリロニトリルとｎ−ブチルアクリレートとを必須成分とし、任意にその他のモノマーを含むものが好ましく、その他のモノマーとしては、エチルアクリレート、アクリル酸２‐エチルへキシル、アクリル酸、メタクリル酸等が挙げられる。アクリロニトリルおよびｎ‐ブチルアクリレートを必須成分とするのは、これらが弾性（セット性）の向上に寄与するためであり、かかる観点からは、可能な限りｎ‐ブチルアクリレート量を増量し、他の成分を減量するとともに、必須成分以外のその他のモノマー成分のモノマー比率を減らすことが好ましい。一方、アクリロニトリルの比率を高めすぎると、形成された層が硬くなってしまうため好ましくない。したがって、必須成分であるアクリロニトリルとｎ−ブチルアクリレートとのモノマー比率は、モル比で１〜２５：９９〜７５、特には５〜２０：９５〜８０の範囲内とすることが好ましい。
【００２５】
また、上記水系アクリル樹脂は、分子中に活性水素を有する基を含んでいることが好ましい。活性水素を有する基としては、カルボキシル基、水酸基、アミノ基等が挙げられ、好適にはカルボキシル基である。本発明において、かかる活性水素を有する基を含むモノマーの比率は、全モノマー量の３〜６％の範囲内とすることが好ましい。本発明においては、活性水素を有する基を含むモノマーの比率をこの範囲内とすることで、表面酸価が１０ｍｇ／ｇ以上、例えば、１０〜２０ｍｇ／ｇに調整された水系アクリル樹脂を好適に用いることができる。
【００２６】
また、上記表層３を形成する水系塗料中には、特に制限されるものではないが、導電剤を添加して、表層３の導電性（電気抵抗）を付与または調整することができる。この場合に用いる導電剤としては、特に制限はなく、弾性層２に使用されるのと同様のものを、１種にて、または２種以上を混合して、適宜用いることができる。また、これら導電剤の配合量は、組成物の種類に応じて適宜選定され、通常、表層２の体積抵抗率が１×１０４〜１×１０１２Ω・ｃｍ、好ましくは１×１０６〜１×１０８Ω・ｃｍとなるように調整される。
【００２７】
なお、この表層３を形成する水系塗料中には、架橋剤、増粘剤、チクソトロピー性付与剤、構造粘性付与剤等の添加剤を、必要に応じて添加することができる。
【００２８】
表層３の厚みは、特に制限されるものではないが、通常１〜３０μｍ、特には１〜２０μｍとすることができる。表層３の厚みが１μｍ未満であると、ローラの耐久性に劣る場合があり、一方２０μｍを超えると、帯電特性等に悪影響を与えたり、表面にしわを生じたりするなど、良好な表面性が得られない場合がある。
【００２９】
本発明の導電性ローラ１０は、シャフト１の外周に少なくとも弾性層２を備え、好適にはさらに表層３を備えるものであるが、必要に応じて、弾性層２と表層３との間に、中間層として抵抗調整層５を設けることができ、また、弾性層２と抵抗調整層５との間に、さらに接着層４を介在させることもできる。さらに、シャフト１の外周に、弾性層２を形成するに先立って、接着層４を設けて、シャフト１と弾性層２との接着性を向上させることもできる。図２は、本発明の導電性ローラの他の構成例を示す長手方向断面図である。図示する導電性ローラ２０は、シャフト１と、その外周に順次形成された接着層４、弾性層２、抵抗調整層５および表層３と、を備えるものである。
【００３０】
上記抵抗調整層５は、樹脂に導電剤を添加した樹脂組成物により形成することができる。この樹脂組成物を構成する樹脂としては、特に制限されるものではないが、具体的には例えば、ウレタン樹脂、アクリルウレタン樹脂、アクリル樹脂、エステル樹脂、ナイロン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられ、これらのうちの１種を、または、２種以上を混合して用いることができ、中でも、ウレタン樹脂、アクリルウレタン樹脂、アクリル樹脂等の水系塗料が好ましく用いられる。また、この水系塗料に添加される導電剤としては、上記弾性層２に用いられた導電剤と同じものを使用することができる。
【００３１】
抵抗調整層５は、導電性ローラの電気抵抗値を調整するために任意に設けられるものであり、かかる抵抗調整層５の抵抗値は、上記弾性層２の抵抗値や、ローラに求められる抵抗値に応じて適宜設定されるが、通常は１×１０３〜１×１０８Ω・ｃｍ、特には１×１０５〜１×１０７Ω・ｃｍの範囲とすることができる。この場合、上記導電剤の配合量は、この抵抗値が達成される適量とすることができるが、通常は、上記水系塗料の基材樹脂１００質量部に対して、０．１〜２０質量部、特には１〜１０質量部とすることが好ましい。
【００３２】
また、上記抵抗調整層５には、導電剤の他に、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の添加剤を配合することができる。例えば、オキサゾリン系、エポキシ系、メラミン系、グアナミン系、イソシアネート系、フェノール系等の架橋剤を、使用する基材樹脂に応じて適量にて配合することができ、その他、造膜助剤、分散剤、増粘剤、レベリング剤、チクソトロピー性付与剤、構造粘性付与剤等の公知の添加剤を適量にて配合してもよい。
【００３３】
抵抗調整層５の厚みは、弾性層２の厚みや導電性ローラの形態などに応じて適宜選定され、特に制限されるものではないが、通常は１０〜５００μｍ、特には５０〜３００μｍとすることが好ましい。抵抗調整層５の厚みが５０μｍ未満であると、十分な抵抗値の調整を行うことが困難になる場合があり、一方、３００μｍを超えると、相対的に弾性層の厚みが薄くなって、ローラ硬度（部材硬度）が高くなってしまったり、必要以上にコスト高となったりする場合がある。
【００３４】
また、接着層４は、シャフト１と弾性層２との間、または、弾性層２と抵抗調整層５との間を強固に接着させるために、所望に応じ設けることができるものであり、その厚みは１〜１００μｍ程度とすることができる。接着層４は、例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、アクリルウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等の樹脂材料を用いて形成することができ、必要に応じて導電剤や他の添加剤を添加することもできる。
【００３５】
図３は、本発明の導電性ローラのさらに他の例を示す長手方向断面図である。導電性ローラを帯電ローラ等として用いる場合には、感光ドラムに押圧される際に長さ方向に均一な当たり面を形成することが重要であるため、図示する好適例の導電性ローラ３０は、長手方向中央部において端部よりも径が大きいクラウン形状を有している。
【００３６】
導電性ローラをクラウン形状とする場合に、ローラ長手方向断面における、長さ方向中央の突出の程度を表すクラウン量としては、５０〜３００μｍとすることが好ましく、これにより、通常の画像を一層良好なものにすることができる。クラウン量が５０μｍ未満であると、ローラ長さ方向中央部の接触圧が低くなり、一方、クラウン量が３００μｍを超えると、ローラ長さ方向中央部が強く接触しすぎてしまい、いずれの場合も帯電量の不均一等の不具合を招くおそれがある。なお、本発明において導電性ローラのクラウン量の測定は、ミツトヨ（株）製高精度レーザ測定機ＬＳＭ−４３０ｖを用いて行うことができる。この測定機により、ローラ中央部および中央部から端部へ向かう９０ｍｍの位置において外径を測定し、中央部の外径と両端部方向へ各９０ｍｍの位置における外径の平均値との差をローラクラウン量とする。例えば、ローラ長２５０ｍｍの導電性ローラにおいては、一方の端から３５ｍｍ、１２５ｍｍ、２１５ｍｍの３点において外径を測定する。その際、一方の端から３５ｍｍ位置における外径をＡ（ｍｍ）、１２５ｍｍ位置における外径をＢ（ｍｍ）、２１５ｍｍ位置における外径をＣ（ｍｍ）とすると、クラウン量（μｍ）は下記計算式（１）、
クラウン量（μｍ）＝｛Ｂ−（Ａ＋Ｃ）／２｝×１０００ （１）
で求めることができる。
【００３７】
また、本発明の導電性ローラにおいては、振れ（膜厚精度）を、ローラ長さ方向全領域において、７０μｍ以下とすることが好ましい。導電性ローラを帯電ローラとして使用して、感光体と接触させながら回転させた場合、導電性ローラの振れが大きいと、導電性ローラと感光体との間に空隙が生じ、さらに、その空隙距離も様々になってしまう。この場合、感光体上に残留しているトナー粒子および外添剤が、その空隙に侵入しやすくなり、導電性ローラにムラとなって付着する。そのため、ローラ表面がまだらに汚れて、画像不良の原因となってしまう。なお、本発明において導電性ローラの振れの測定は、ミツトヨ（株）製の高精度レーザ測定機ＬＳＭ−４３０ｖを用いて行うことができる。この測定機により、外径を、ローラ長さ方向各５点について測定し、各点について測定した外径の最大値と最小値との差の平均値を振れとする。
【００３８】
本発明の導電性ローラは、特に、帯電ローラとして好適に用いることができる。
【００３９】
本発明の導電性ローラは、以下のようにして製造することができる。すなわち、まず、弾性層２を構成するポリウレタン樹脂に、湿潤剤および他の任意の添加剤を添加して、得られた配合材料を、攪拌機、例えば、ハンドミキサー等を用いて機械的に攪拌することにより発泡させる。その後、発泡した配合材料を、シャフト１にディッピング塗布することにより、シャフト１の外周に弾性層２を形成することができる。弾性層２を、シャフト１に直接塗料を塗布することにより形成することで、製造工程の簡略化が可能となり、コストを低減することができる。
【００４０】
次いで、所望に応じ、接着層４を、前述した構成材料を分散または溶解させた塗料を用いて塗布形成する。塗布方法としては、ディッピング法、スプレー法、ロールコーター法、ダイコート法、リング塗装法等の公知の手法を適宜用いることができ、塗料を塗布後、乾燥固化することにより、接着層４が形成される。中でも、塗布方法としては、ディッピング法を用いることが好ましい。なお、シャフト１と弾性層２との間に接着層４を設ける場合にも上記と同様の手法を用いればよい。また、抵抗調整層５についても、所望に応じ、接着層４と同様にして塗布形成することができる。
【００４１】
さらに、表層３を、上記弾性層２上、または、弾性層２上に形成された抵抗調整層５上に、上記接着層４と同様の手法で塗布形成することにより、本発明の導電性ローラを得ることができる。本発明においては、弾性層２表面の気孔径が微細化されているので、弾性層２上に表層３等を塗布形成する際に塗料が気孔内に入り込むことがなく、最終的に得られる導電性ローラの表面性を損なわないという効果が得られる。
【実施例】
【００４２】
以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
図１に示すような、シャフト１の外周に弾性層２および表層３が順次形成された構成を有する導電性ローラを、下記表中に示す配合に従い、以下に示すようにして作製した。
【００４３】
まず、水系塗料（アクリロニトリル−アクリル酸アルキルエステル−メタクリル酸−メタクリル酸グリシジル共重合物の水性エマルション）１００質量部に対し、エポクロス（オキザゾリン基含有スチレン−アクリル共重合物のエマルション）５質量部、水分散カーボン１０質量部、ファインシールＸ−１２（親水性シリカ）７．５質量部、ＳＮデフォーマー７７７（消泡剤）１質量部、ＳＮウェット９７０（湿潤剤）１質量部、ＵＨ４２０（増粘剤）１．６質量％を配合し、撹拌機で撹拌した。各成分を配合した水系塗料をメッシュでろ過し、凝集物を取り除いた。シャフト１を、この水系塗料にディッピング塗布して熱乾燥することにより、シャフト１の外周に、厚み１００μｍの接着層４を形成した。次いで、下記表中にそれぞれ示す弾性層の配合材料を容器内に投入し、羽を用いて３０分撹拌した。その後、市販のハンドミキサーを用いて６分間撹拌し、発泡させて、発泡ウレタン水分散液を得た。
【００４４】
上記発泡ウレタン水分散液を、接着層４が形成されたシャフト１の外周にディッピング塗布して、熱風オーブンで乾燥・硬化させることにより、それぞれ下記表中に示す厚みを有するポリウレタンフォームからなる弾性層２を形成した。
【００４５】
次いで、水系塗料（アクリルシリコン樹脂，ＥＸ１０２ＳＩ、日本触媒（株）製）１００質量部に対し、２，２，４‐トリメチル‐１，３‐ペンタンジオールモノイソブチレート（ＣＳ‐１２，チッソ（株）製）７０質量部、水系シリコーングラフトアクリルポリマー（サイマックＵＳ‐４５０、東亞合成（株）製）８質量部、ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン（ＢＹＫ‐３３３，ビックケミー・ジャパン（株）製）２７質量部、含フッ素ノニオン系界面活性剤（フタージェント２１５Ｍ，（株）ネオス製）２質量部、シリカ（ファインシールＸ‐１２，（株）トクヤマ製）１０質量部、ナイロン粒子（ガンツパールＧＰＡ‐５５０，ガンツ化成（株）製）１５質量部、黒色有機顔料の水系分散液（ＢＯＮＪＥＴ ＢＬＡＣＫ ＣＷ‐３（オリエント化学（株）製）１０質量部を配合し、撹拌機で撹拌した。得られた水系塗料を、上記弾性層２上にディッピング塗布し、室温で３０分間、１１０℃で２０分間乾燥することにより表層３を形成して、各導電性ローラを得た。
【００４６】
各ローラにつき、表層３形成前の弾性層の表面近傍を肉厚３ｍｍ程度にて切り出し、デジタルマイクロスコープ（（株）キーエンス製，ＶＨＸ−１００）を用いて、画面上で大きいものから順に気孔の直径を１０点測定して、平均化した。得られた気孔径の平均値を、塗料の比重を５回測定した際の、比重の平均値、および、（最大値）−（最小値）で表される比重のバラツキの値とともに、下記表中に示す。また、弾性層断面を撮影した写真を、図４〜８中に示す。
【００４７】
【表１】
＊１）ウレタン樹脂：アデカボンタイターＨＵＸ−９５０（（株）ＡＤＥＫＡ製）
＊２）発泡剤：ノプコＤＣ−１００−Ａ（サンノプコ（株）製）
＊３）湿潤剤：ＳＮウェット１２５（サンノプコ（株）製）
＊４）導電剤：ＢＳＹＤ１４９７１（御国色素（株）製）
＊５）整泡剤：ネオゲンＳ−２０Ｄ（第一工業製薬（株）製）
＊６）硬化剤：アデカボンタイターＨＵＸ−ＳＷ（（株）ＡＤＥＫＡ製）
＊７）耐水化剤：ＡＺコート５８００ＭＴ（サンノプコ（株）製）
【００４８】
【表２】
【００４９】
上記表中に示すように、弾性層配合中にポリウレタン樹脂とともに湿潤剤を含有させた各実施例のローラにおいては、湿潤剤を含有させなかった比較例１のローラと比べて、発泡比重をより精密に制御できることが確かめられた。また、上記表および図中に示すように、各実施例のローラにおいては、比較例１のローラと比べて、弾性層表面における気孔径が微細化されていることが確かめられた。
【符号の説明】
【００５０】
１ シャフト
２ 弾性層
３ 表層
４ 接着層
５ 抵抗調整層
１０，２０，３０ 導電性ローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと、該シャフトの外周に形成された弾性層と、を備える導電性ローラにおいて、
前記弾性層が、ポリウレタン樹脂と湿潤剤とを含有するポリウレタンフォームからなることを特徴とする導電性ローラ。
【請求項２】
前記湿潤剤が、シリコーン系界面活性剤である請求項１記載の導電性ローラ。
【請求項３】
前記ポリウレタンフォームが、前記湿潤剤を前記ポリウレタン樹脂１００質量部に対し０．１〜４質量部含有する請求項１または２記載の導電性ローラ。
【請求項４】
前記弾性層の外周に、表層が形成されている請求項１〜３のうちいずれか一項記載の導電性ローラ。
【請求項５】
帯電ローラである請求項１〜４のうちいずれか一項記載の導電性ローラ。
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか一項記載の導電性ローラを製造する方法であって、
前記ポリウレタン樹脂と湿潤剤とを含有する配合材料を、機械的に攪拌することにより発泡させた後、発泡した該配合材料を、前記シャフトにディッピング塗布して、該シャフトの外周に前記弾性層を形成することを特徴とする導電性ローラの製造方法。
【請求項１】
シャフトと、該シャフトの外周に形成された弾性層と、を備える導電性ローラにおいて、
前記弾性層が、ポリウレタン樹脂と湿潤剤とを含有するポリウレタンフォームからなることを特徴とする導電性ローラ。
【請求項２】
前記湿潤剤が、シリコーン系界面活性剤である請求項１記載の導電性ローラ。
【請求項３】
前記ポリウレタンフォームが、前記湿潤剤を前記ポリウレタン樹脂１００質量部に対し０．１〜４質量部含有する請求項１または２記載の導電性ローラ。
【請求項４】
前記弾性層の外周に、表層が形成されている請求項１〜３のうちいずれか一項記載の導電性ローラ。
【請求項５】
帯電ローラである請求項１〜４のうちいずれか一項記載の導電性ローラ。
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか一項記載の導電性ローラを製造する方法であって、
前記ポリウレタン樹脂と湿潤剤とを含有する配合材料を、機械的に攪拌することにより発泡させた後、発泡した該配合材料を、前記シャフトにディッピング塗布して、該シャフトの外周に前記弾性層を形成することを特徴とする導電性ローラの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１８０３８７（Ｐ２０１１−１８０３８７Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４４６５５（Ｐ２０１０−４４６５５）
【出願日】平成２２年３月１日（２０１０．３．１）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１日（２０１０．３．１）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【Ｆターム（参考）】
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