現像ローラ、電子写真プロセスカートリッジ及び電子写真画像形成装置
【課題】高温高湿環境においても、長期間に亘り、かぶりを低減することが可能な現像ローラを得て、高品質な画像を提供可能な電子写真画像形成装置を得る。
【解決手段】軸芯体１と、該軸芯体の周囲に樹脂層を有する現像ローラ。最表面の樹脂層３は、バインダー成分がポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、尿素樹脂、ポリカーボネート樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、及びポリアミド樹脂の中から選ばれる少なくとも１種の樹脂成分からなり、かつ、アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンを含有する。
【解決手段】軸芯体１と、該軸芯体の周囲に樹脂層を有する現像ローラ。最表面の樹脂層３は、バインダー成分がポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、尿素樹脂、ポリカーボネート樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、及びポリアミド樹脂の中から選ばれる少なくとも１種の樹脂成分からなり、かつ、アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンを含有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、レーザープリンターの如き電子写真装置に用いられる現像ローラ、この現像ローラを用いた電子写真プロセスカートリッジ及び電子写真画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンター、ファクシミリの受信装置の如き電子写真画像形成装置には、静電潜像保持体（以下、感光体という場合がある。）の表面に形成された静電潜像に、現像ローラの表面に担持して搬送した現像剤（以下、トナーという場合がある。）を接触又は近接させトナー像を形成する現像装置が使用されている。この種の現像装置には、現像ローラにより開口を閉塞されて内部にトナーを保持するトナー容器、トナー容器内で現像ローラにトナーを供給するトナー供給部材、現像ローラ上のトナー量を一定厚に形成する規制部材（以下、現像ブレードという場合がある。）が設けられる。トナー供給部材により現像ローラに供給されたトナーは、現像ローラの回転に伴い現像ブレードにより一定厚さに形成されつつ、現像ローラがトナー容器から露出する部分で対向する感光体へ搬送されるようになっている。従来の現像ローラには、適正な高トナー帯電量を保持して残像及び地汚れの発生を防止する目的で、分子構造中に窒素元素を有する高分子化合物よりなる樹脂、例えば、ポリエチレンイミンを使用したものがある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１２２１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の現像ローラは、窒素元素の存在によりトナー帯電性は優れているものの、吸湿性を有するために、特に高温高湿環境においては、トナー帯電性が低下して、非印字部分にトナーが現像する、かぶりが発生するといった課題があった。本出願に係る発明の目的は、高温高湿環境においても、長期間に亘り、かぶりを低減することが可能な現像ローラを得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る現像ローラは、軸芯体と、該軸芯体の周囲に樹脂層を有している現像ローラである。該現像ローラの最表面をなす樹脂層は、バインダー成分としてポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、尿素樹脂、ポリカーボネート樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、及びポリアミド樹脂の中から選ばれる少なくとも１つの樹脂を含む。更に、該樹脂層は、下記一般式（１）および（２）で示される構成単位を有するアルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンを含有する。
【０００６】
【化１】
【０００７】
また、本発明に係る電子写真プロセスカートリッジは、電子写真画像形成装置本体に脱離可能に装着であり、かつ、上記の現像ローラを有することを特徴とする。
更に、本発明に係る電子写真画像形成装置は、静電潜像を保持するための静電潜像保持体及び該静電潜像保持体に当接配置される現像ローラを有し、該現像ローラが、上記の現像ローラであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る現像ローラは、アミノ基やウレア結合を有するアルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンを含む樹脂層を最表面に有することにより、優れたトナー帯電性を有する。また、炭素数８乃至２０のアルキル基の存在により疎水性を示し、吸湿作用が低減され、高温高湿環境におけるトナー帯電性の低下を防止することが可能となる。更に、バインダー成分として、前記樹脂成分を用いることにより、アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンとの相溶性に優れ、長期使用に対しても現像ローラ最表面の組成物が変化することなく、安定なトナー帯電性を得ることができる。本発明に係る電子写真プロセスカートリッジ及び電子写真画像形成装置は、高温高湿環境においてもトナーへの良好な帯電性を示し、かぶりの低減、トナーの劣化防止、現像ローラ最表面の組成物の変化の抑制ができる。その結果、長期に亘って高品質な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の現像ローラの一例の軸方向に垂直な断面を示す断面図である。
【図２】本発明の現像ローラを適用した電子写真画像形成装置の一つの実施形態を示す概略構成図である。
【図３】本発明の現像ローラを適用した電子写真プロセスカートリッジの一つの実施形態を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明に係る現像ローラは、軸芯体と、該軸芯体の周囲に設けられた樹脂層を有する。
軸芯体は、その周囲に設けられる樹脂層を支持し、感光体へトナーを搬送可能な強度と、担持したトナーを感光体へ移動可能な導電性を、現像ローラの最表面に付与する電極となり得るものであればよい。その材質としては、鉄合金、アルミニウム合金、チタン合金、銅合金及びニッケル合金、例えばステンレス鋼、ジュラルミン、真鍮及び青銅や、カーボンブラックや炭素繊維とプラスチックの複合材料を挙げることができる。また、上記軸芯体として、導電性材料にめっき、酸化処理の如き防錆処理を行ったものを使用することができる。軸芯体の形状は、円柱状又は円筒状である。軸芯体の外径は、例えば、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。かかる軸芯体の例としては、炭素鋼合金の表面に５μｍ厚さの工業ニッケルメッキを施した円柱体等が挙げられる。
【００１１】
軸芯体の周囲に設けられる樹脂層は、１層、または２層以上である。但し、現像ローラの最表面をなす樹脂層は、バインダー成分としてポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、尿素樹脂、ポリカーボネート樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、及びポリアミド樹脂の中から選ばれる少なくとも１つの樹脂を含む。後述するアルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンとの良好な相溶性を有するためである。柔軟性に優れ、良好なトナー帯電性を有する樹脂層とするためにバインダー成分としては、ポリウレタン樹脂が特に好ましい。
また、該樹脂層は、下記一般式（１）および（２）で示される構成単位を有するアルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンを含有する。
【００１２】
【化２】
【００１３】
上記一般式（１）および（２）で示されるユニットを含むアルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンとしては、市販のポリエチレンイミン（例えばエポミン（商品名）、日本触媒社製）に、アルキルイソシアネートを付加反応させることにより得ることができる。ポリエチレンイミンとしては、重量平均分子量３００〜７００００が好ましく、更に好ましくは重量平均分子量１２００〜１００００である。アルキルイソシアネートのアルキル基としては、炭素数８乃至２０のアルキル基が挙げられる。具体的には、例えばオクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基およびエイコシル基を挙げることができる。アルキル基は直鎖であっても、分岐を有する構造であっても良いが、柔軟性に優れる、直鎖アルキル基が好ましい。アルキルイソシアネートのアルキル基の炭素数が８以上であると、高温高湿環境下での吸湿が抑制され、良好なかぶり低減効果が得られる。また、炭素数が２０以下であると、バインダー成分と適度な相溶性を付与できるため、長期使用においても持続的なかぶり抑制効果が得られやすい。アルキルイソシアネートの付加率としては、ポリエチレンイミンのアミン価に対して、０．８乃至１．３モル当量が好ましい。付加率が０．８モル当量以上であると、より高い吸湿抑制効果が得られる。また、付加率が１．３モル当量以下であると、バインダー成分と適度な相溶性を付与できるため、長期使用においても持続的なかぶり抑制効果が得られやすい。アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンの添加量としては、バインダー成分１００質量部に対し、０．５質量部以上、４０質量部以下であることが好ましく、更に好ましくは１質量部以上、３０質量部以下である。添加量が０．５質量部以上であると、より高いかぶり抑制効果が得られる。また、添加量が４０質量部以下であると、樹脂層の機械的物性、特に硬度に対する影響が少なく、長期使用時のかぶり抑制効果が高い。
【００１４】
また、最表面の樹脂層は、体積抵抗率が１×１０3 Ωｃｍ以上、１×１０11 Ωｃｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１×１０4 Ωｃｍ以上、１×１０10 Ωｃｍ以下である。体積抵抗率については、樹脂層を形成する樹脂塗料を、厚さ２００μｍになるようにアルミ型にキャストしで作製した樹脂シートを試験片とし、弾性層の体積抵抗率と同様の方法で求めた値を採用することができる。最表面の樹脂層に導電性を付与するために用いられる電子導電性物質としては、以下のものが挙げられる。カーボンブラック、ケッチェンブラックＥＣ、アセチレンブラックの如き導電性カーボン、ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦ、ＳＲＦ、ＦＴ、ＭＴの如きゴム用カーボン、酸化処理を施したカラー（インク）用カーボン、銅、銀、ゲルマニウムの如き金属及び金属酸化物。この中でも、少量で導電性を制御しやすいことからカーボンブラックが好ましい。
【００１５】
また、最表面の樹脂層に導電性を付与するために用いられるイオン導電性物質としては以下のものが挙げられる。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、塩化リチウムの如き無機イオン導電性物質、変性脂肪族ジメチルアンモニウムエトサルフェート、ステアリルアンモニウムアセテートの如き有機イオン導電性物質である。これら導電性付与剤は、樹脂層の体積抵抗率を前記のような適切な値にするのに必要な量が用いられるが、通常バインダー成分１００質量部に対して好ましくは１乃至５０質量部の範囲で用いられる。
【００１６】
現像ローラの最表面に適度な粗さを形成するためには、上記最表面の樹脂層に、体積平均粒子径が５乃至３０μｍの絶縁性の表面粗し粒子、例えば、ウレタン粒子、ナイロン粒子、アクリル粒子、シリコン粒子を含有してもよい。体積平均粒子径は、精密粒度分布測定装置（コールター Ｍｕｌｔｉｓｉｚｅｒ３（商品名）、ベックマン・コールター社製）を用いて測定する。これらの表面粗し粒子は、現像ローラ最表面が、中心線平均粗さＲａが０．１乃至３．０μｍの表面粗さを有する程度に含有されることが好ましい。表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（１９９４）に準じて測定される中心線平均粗さＲａを指し、小坂研究所表面粗さ計サーフコーダーＳＥ３５００を用い、カットオフを０．８ｍｍ、測定長さを２．５ｍｍ、測定速度を０．１ｍｍ／秒として測定する。
【００１７】
最表面の樹脂層の厚さは、弾性層の柔軟性を阻害しない範囲で、耐摩耗性を考慮して、２μｍ乃至３００μｍの範囲とすることが好ましい。樹脂層の厚さは、現像ローラ軸方向に対して垂直方向に樹脂層断面を切り出し、観察することにより測定することができる。測定機としては、デジタルマイクロスコープ（ＶＨＸ−６００（商品名）、キーエンス社製）と、高倍率ズームレンズ（ＶＨ−Ｚ４５０（商品名）、キーエンス社製）を用い、倍率を１０００倍とする。測定箇所は、軸方向３箇所（両端部、中央部）それぞれについて、周方向に３箇所、合計９箇所とし、その平均値を樹脂層の厚さとする。
【００１８】
上記最表面をなす樹脂層と軸芯体との間に設けてもよい樹脂層は、最表面上に薄膜状に形成されたトナーを感光体へ供給可能とするため、現像ローラに適度な弾性を付与することが可能な適切な弾性を有する層（以下、弾性層という。）であることが好ましい。また、弾性層は、現像ローラに接触する感光体、現像ブレード、トナーに対する損傷を低減するため低硬度であることが好ましい。また弾性層は、同時に、これらから受ける押力による現像ローラの塑性変形を抑制するため、現像ローラに耐圧縮永久歪性を付与するものが好ましい。
【００１９】
このため、弾性層は、アスカーＣ硬度が２０度以上、８０度以下であることが好ましい。弾性層の硬度が２０度以上であれば、現像ローラの圧縮永久歪を抑制しスジ状の画像不良の発生を抑制することができる。また、弾性層の硬度が８０度以下であれば、現像ローラと感光体の間の圧接力の増大を抑制し、トナーの劣化を抑制することができる。アスカーＣ硬度は、日本ゴム協会標準規格ＳＲＩＳ０１０１に準拠したアスカーＣ型スプリング式ゴム硬度計（商品名、高分子計器社製）を用いて測定した硬度である。常温常湿（２３℃、５５％ＲＨ）の環境に５時間以上放置した硬度測定用ゴムシートに、上記硬度計を１Ｋｇの力で当接させてから３秒後の値を測定値とするものである。ゴムシートについては、１００ｍｍ四方、厚さ２ｍｍの平板成型用金型を用い、必要量の原料を流し込み、プレス成型にて１３０℃２０分で１次加硫を行い脱型した後、２００℃４時間で二次加硫を行うことにより得ることができる。得られたゴムシート５枚を隙間なく重ねることにより、厚さ１０ｍｍの硬度測定用ゴムシートを得ることができる。
【００２０】
また、弾性層は、体積抵抗率が１×１０2 Ωｃｍ以上、１×１０12 Ωｃｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１×１０4 Ωｃｍ以上、１×１０10 Ωｃｍ以下である。体積抵抗率は、以下の方法で求めた値を採用することができる。抵抗計として、デジタル超高抵抗／微少電流計（８３４０Ａ（商品名）、エーディーシー社製）を用い、以下の条件で測定を行う。
測定モード：プログラムモード５（チャージ及びメジャー３０秒、ディスチャージ１０秒）
印加電圧：１００（Ｖ）
試料箱：レジスティビティ・チェンバ４２（エーディーシー社製）、主電極は直径２２ｍｍ、厚さ１０ｍｍの金属、ガードリング電極は内径４１ｍｍ、外径４９ｍｍ、厚さ１０ｍｍの金属とする。
試験片：はじめに、上記方法で作製した厚さ２ｍｍのゴムシートから直径５６ｍｍの試験片を切り出す。切り出した試験片の片面には、その全面にＰｔ−Ｐｄ蒸着を行うことで蒸着膜電極（裏面電極）を設け、もう一方の面には同じくＰｔ−Ｐｄ蒸着膜により、直径２５ｍｍの主電極膜と、内径３８ｍｍ、外径５０ｍｍのガードリング電極膜を同心状に設ける。なお、Ｐｔ−Ｐｄ蒸着膜は、マイルドスパッタＥ１０３０（日立製作所製）を用い、電流値１５ｍＡにて蒸着操作を２分間行って形成される。蒸着操作を終了したものを測定サンプルとする。
【００２１】
測定時には、直径２２ｍｍの主電極を、直径２５ｍｍの主電極膜からはみ出さないように置く。また、内径４１ｍｍのガードリング電極を、内径３８ｍｍで外径５０ｍｍのガードリング電極膜からはみ出さないように、該電極膜の上に置く。測定は、常温常湿（２３℃、５５％ＲＨ）の環境で行うが、測定に先立って、測定サンプルを、該環境に１２時間以上放置しておく。以上の状態で、試験片の体積抵抗（Ω）を測定する。次に、測定した体積抵抗値をＲＭ（Ω）、試験片の厚さをｔ（ｃｍ）として、試験片の体積抵抗率ＲＲ（Ω・ｃｍ）を、以下の式によって求める。
ＲＲ（Ω・ｃｍ）＝π×１．２５×１．２５×ＲＭ（Ω）÷ｔ（ｃｍ）
【００２２】
弾性層の材質としては、種々の液状ゴム材料が好ましい。具体的には、ジエン系ゴム、シリコーンゴム、多硫化ゴム、ウレタンゴムの液状ゴム材料を挙げることができる。これらの液状ゴム材料は、１種又は２種以上を組み合わせて用いてもよいが、耐圧縮永久歪性を考慮すると、シリコーンゴム又はウレタンゴムが好ましい。また、上記液状ゴム材料に導電剤や非導電性充填剤を添加することができる。導電剤としては、有機金属塩のイオン導電性をもつ化合物や、カーボンブラック、グラファイト、アルミニウム、銅、錫、ステンレス鋼の各種導電性金属または合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化チタン、酸化錫―酸化アンチモン固溶体、酸化錫―酸化インジウム固溶体の各種導電性金属酸化物、これらの導電性材料で被覆された絶縁性物質の微粉末を用いることができる。また、非導電性充填剤としては、珪藻土、石英粉末、乾式シリカ、湿式シリカ、酸化チタン、酸化亜鉛、アルミノケイ酸、又は炭酸カルシウムを挙げることができる。
【００２３】
弾性層の厚さは、例えば、１ｍｍ以上、５ｍｍ以下を挙げることができる。弾性層の厚さが、１ｍｍ以上であれば、感光体との圧接力が過大になるのを抑制しトナーの劣化を抑制することができ、５ｍｍ以下であれば、装置の大型化、コスト高を抑制することができる。上記最表面の樹脂層は、耐磨耗性による表面の保護機能や、トナー帯電性能、トナー搬送性機能を有するものである。
【００２４】
このような現像ローラの製造方法を以下に説明する。まず、軸芯体上に弾性層を成形する。弾性層の成形は、成形型を用いる方法、押出成形、いずれの方法によってもよい。例えば、先ず、円筒状の金型両端に、金型内に軸芯体を保持するための駒を固定し、駒に注入口を形成する。次いで、上記液状ゴム材料、カーボンブラック、必要に応じて充填剤を混合した材料を注入口より注入した後、ゴム材料が硬化する温度で加熱し、脱型する方法を挙げることができる。また、上記液状ゴム材料を含有する原料を円筒状に押出し硬化してチューブを成形し、これに軸芯体を挿入する方法、あるいは、軸芯体を上記液状ゴム材料を含有する原料と共に押し出し、硬化して、軸芯体の周囲に弾性層を成形する方法を挙げることができる。
【００２５】
最表面の樹脂層は、押出成形法や成形型を用いた方法によって成形することができるが、塗工方法によって成形することが好ましい。具体的には、上記樹脂をメチルエチルケトン、トルエン、アルコール、水の如き媒体と混合し、カーボンブラックの如き導電剤を添加してボールミル、サンドミルで分散することによって、樹脂塗料を作製する。得られた樹脂塗料を、コーティング、スプレー、ディッピングの如き方法で弾性層上に塗工した後、風乾と加熱により硬化させて、最表面の樹脂層を成形することができる。
【００２６】
本発明の現像ローラの一例として、図１に示す現像ローラを挙げることができる。図１に示す現像ローラは、軸芯体の外周に、弾性層と、その外周に最表面層としての樹脂層とが順次積層されたものである。軸芯体と弾性層との間、弾性層と樹脂層との間に、接着剤層を有していてもよい。また、軸芯体と弾性層との間や、弾性層と樹脂層との間に、必要に応じて機能層を有していてもよい。
【００２７】
本発明の電子写真画像形成装置は、静電潜像を保持する静電潜像保持体及び該静電潜像保持体に現像剤を介して当接配置される現像ローラを有する電子写真画像形成装置において、現像ローラが上記現像ローラであることを特徴とする。本発明の電子写真画像形成装置の一例を、図２の概略構成図に示す。図２に示す電子写真画像形成装置には、矢印方向に回転する静電潜像保持体としての感光体５、感光体５に帯電バイアスを印加して帯電処理するための帯電ローラ１２、感光体５に静電潜像を書き込む露光手段１１が備えられる。更に、トナーを介して感光体に当接配置される上記現像ローラ６が備えられ、現像ローラが担持して供給するトナーが静電潜像に付与されることにより、トナー像として可視化されるようになっている。現像は露光部にトナー像を形成する反転現像を行っている。可視化された感光体５上のトナー像を、紙の如き記録媒体２２に裏面から転写バイアス電源１８の転写バイアスを印加し、記録媒体２２上に転写する転写ローラ１７が設けられる。更に、記録媒体２２に転写されたトナー像を記録媒体に定着する定着装置１５が設けられ、画像が定着された記録媒体が装置外に排出され、画像形成を終了するようになっている。
【００２８】
一方、転写されずに感光体５上に残存した残トナーを感光体表面から除去するクリーニングブレード１４が設けられ、クリーニングされた感光体５は次の画像形成を待機する。上記現像ローラ６は、一成分現像剤である非磁性トナーを収容した現像剤容器（不図示）の長手方向に延在する開口を閉塞するように配置され、現像剤容器の外部で感光体５と対向設置される。現像剤容器内には現像ローラの表面にトナーを塗布担持させるトナー塗布部材７が、現像ローラの回転方向に対して上流側に、現像ローラが担持するトナー量を一定にして感光体へ搬送するように現像ブレード９が下流側に設けられる。
【００２９】
トナー塗布部材７は、トナー像形成に供与されず現像ローラ表面に残留するトナーを、現像ローラ６表面から剥離する機能も有し、その回転速度が現像ローラの回転速度と異なるように回転駆動され、現像ローラと同方向に回転させることもできる。トナー塗布部材７は、１乃至８ｍｍの当接幅をもって現像ローラに当接することが好ましく、ポリウレタンフォームの如き発泡体構造や軸芯体上にレーヨン又はポリアミドの如き繊維を植毛したファーブラシ構造を用いることができる。現像ブレード９には、金属製の板金にゴム弾性体を固定した部材や、ＳＵＳやリン青銅の薄板の如きバネ性を有する部材、その表面に樹脂やゴムを積層した部材が用いられる。また、現像ブレード９に、現像ローラに印加する電圧よりも絶対値が高い、例えば、絶対値で１００Ｖから３００Ｖ大きい電圧を印加することにより、現像ローラ上のトナー層の厚さを制御することが可能である。そのためには、現像ブレード９としてＳＵＳやリン青銅の薄板を用いることが好ましい。
【００３０】
本発明の電子写真プロセスカートリッジは、電子写真画像形成装置本体に脱離可能に装着される。本発明の電子写真プロセスカートリッジの一例として図３に示すものを挙げることができる。この電子写真プロセスカートリッジは、感光体５と上記現像ローラ６、トナー塗布部材７、現像ブレード９及び現像剤容器を有する現像装置、クリーニングブレード１４及び廃トナー容器１３を有するクリーンニング部材を一体化したものである。上記電子写真プロセスカートリッジにおいては、その他、転写ローラを加え、又は、各部材と交換して一体化したものであってもよい。
【００３１】
上記電子写真プロセスカートリッジが脱離可能に設けられる電子写真装置がフルカラー複写機の如きカラー画像形成装置では、シアン、マゼンタ、イエロー又はブラックのトナー毎に電子写真プロセスカートリッジを各ユニットとして有するものとしてもよい。これらの各トナー毎の各ユニットはタンデム型の配置や、ロータリーユニットに組み込んで、各トナー毎の各ユニットが感光体に順次当接可能となるような配置にしてもよい。トナー像の転写方式としては、各ユニットで形成されたトナー像を紙の如き記録媒体に直接重畳する方式、各ユニットで形成されたトナー像をベルトあるいはドラムの如き中間転写部材上に一旦重畳して転写し、その後、記録媒体に一括転写する方式であってもよい。記録媒体上に転写されたトナー像は定着装置に搬送されて、カラー画像が記録媒体上に定着される。
【実施例】
【００３２】
〔アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミン（１）〜（５）の合成〕
攪拌機、冷却機、滴下ロートを備えた反応器中で、ポリエチレンイミン（商品名エポミンＳＰ−２００、日本触媒社製）１００質量部をトルエン１６００質量部中に分散した。次いで、表１に示す量のアルキルイソシアネートを加えて還流温度で３時間反応させた後、２５℃まで冷却した。得られた反応混合溶液を、メタノール１６００質量部と混合して反応生成物を析出させた後、濾過、乾燥することにより、粉末状のアルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミン（１）〜（５）を得た。
【００３３】
【表１】
【００３４】
［実施例１］
ＳＵＳ３０４からなる外径８ｍｍ、長さ２６７ｍｍの軸芯体を、内径１６ｍｍの円筒状金型内に同心となるように設置した。また、弾性層を形成する材料として、液状導電性シリコーンゴム（東レダウコーニングシリコーン社製、ＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度５０度、体積抵抗率１×１０5Ω・ｃｍ品）を用意した。次いで、当該材料を上記の金型に注入した。その後、円筒状金型を温度１３０℃のオーブンに入れて２０分間加熱し、室温まで冷却した後に、軸芯体と一体となった弾性層を円筒状金型から脱型した。次いで、軸芯体と一体となった弾性層を温度２００℃のオーブンに入れて、４時間２次加硫を行い、軸芯体の外周に厚み４ｍｍの弾性層を形成した。得られた弾性層の長さは２４６ｍｍである。
【００３５】
次いで、バインダー成分としてポリウレタン樹脂（ニッポラン５２３０（商品名）、日本ポリウレタン工業社製）を用い、これをメチルエチルケトンに溶解した。導電剤としてカーボンブラック（ＭＡ２３０（商品名）、三菱化学社製）を、ポリウレタン樹脂の固形分１００質量部に対して２５質量部となるよう添加して、ボールミルにて５時間処理してカーボンブラックが分散された樹脂塗料を得た。該樹脂塗料に、アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミン（１）をポリウレタン樹脂の固形分１００質量部に対し、４０質量部添加した。次いで、ウレタン粒子（アートパールＣ−４００Ｔ（商品名）、根上工業社製）をポリウレタン樹脂の固形分１００質量部に対し、１５質量部添加して十分に攪拌した後、メチルエチルケトンを加えて粘度が７ｍＰａ・ｓとなるように調整した。粘度は、Ｅ型粘度計（ＲＥ１１５Ｌ（商品名）、東機産業製）を用い、コーン角度１°３４′の標準コーンロータを使用して、液温度２５℃に調整し、コーンロータ回転数２０ｒｐｍで測定した。得られた塗料を用い、ディッピングにより弾性層の表面に塗布した後、温度８０℃のオーブンで１５分間乾燥し、弾性層の外周に厚さ１０μｍの最表面の樹脂層を形成し、現像ローラを得た。
【００３６】
［実施例２］〜［実施例４］
アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンとその添加量を下記表２に示した様に変更した以外は実施例１と同様にして現像ローラを得た。
［実施例５］
バインダー成分として、ポリエステル樹脂（バイロンＧＫ−８１０（商品名）、東洋紡社製）を用いた以外は実施例１と同様にして現像ローラを得た。
［実施例６］
バインダー成分として、メチル化尿素樹脂（ニカラックＭＸ−３０２（商品名）、三和ケミカル社製）５０質量部、ポリエーテルポリオール（ＰＴＭＧ分子量３０００、保土谷化学社製）５０質量部を用い、オーブンの温度を１５０℃、乾燥時間を３０分とした。それ以外は実施例１と同様にして現像ローラを得た。
【００３７】
［実施例７］
バインダー成分として、ポリカーボネートウレタン樹脂（レザミンＭＥ８２１０ＬＰ（商品名）、大日精化社製）を用いた以外は実施例１と同様にして現像ローラを得た。
［実施例８］
バインダー成分として、メチル化メラミン樹脂（ニカラックＭＷ−３０（商品名）、三和ケミカル社製）５０質量部、ポリエーテルポリオール（ＰＴＧ（分子量３０００）、保土谷化学社製）５０質量部を用いた以外は実施例６と同様にして現像ローラを得た。
［実施例９］
バインダー成分として、フェノール樹脂（Ｊ−３２６Ｋ（商品名）、大日本インキ化学工業社製）１００質量部を用い、希釈溶媒としてメタノールを用いた以外は実施例６と同様にして現像ローラを得た。
【００３８】
［実施例１０］
バインダー成分として、ポリアミド樹脂（トレジンＦ−３０Ｋ（商品名）、ナガセケムテックス社製）を用い、希釈溶媒としてメタノールを用いた以外は実施例１と同様にして現像ローラを得た。
［実施例１１］〜［実施例１７］
アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンの種類及び添加量を下記表２に示した様に変更した以外は実施例１と同様にして現像ローラを得た。
【００３９】
［比較例１］
アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンとして、アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミン（４）を用いた以外は実施例１３と同様にして現像ローラを得た。
［比較例２］
アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンとして、アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミン（５）を用いた以外は実施例１３と同様にして現像ローラを得た。
［比較例３］
アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンの代わりに、ポリエチレンイミン（商品名エポミンＳＰ−２００、日本触媒社製）を用いた以外は実施例１３と同様にして現像ローラを得た。
【００４０】
（表面硬さの測定）
得られた現像ローラの表面硬度を、マイクロゴム硬度計（ＭＤ−１ ｃａｐａ、高分子計器社製）を用いて測定した。測定箇所は、軸方向３箇所（両端部、中央部）それぞれについて、周方向に３箇所、合計９箇所とし、その平均値を表面硬さとした。
（かぶりの測定）
得られた現像ローラを、レーザービームプリンタ（Ｓａｔｅｒａ ＬＢＰ５５００、キヤノン社製）の専用カートリッジ（マゼンダ）内における現像装置部分に組み込み、高温高湿環境（温度３０℃／湿度８０％ＲＨ）にて、１％間欠印字試験を行なった。印字枚数２００００枚に達したところで、１２時間放置し、感光体ドラム上のかぶり量を測定した。更に、２５０００枚、３００００枚に達したところでも同様にしてかぶり量を測定した。かぶり量は以下の方法により測定した。まず、全面白画像の印字中にプリンタ動作を停止し、カートリッジを取り出し、感光体ドラム上の転写前部分にポリエステルテープ（Ｎｏ．５５０（＃２５）トウメイ、１８ｍｍ×３０ｍ、ニチバン社製）を貼った後に剥がし取る。これを未使用の用紙に貼り付け、同じ用紙に貼り付けた未使用のポリエステルテープと共に反射濃度を測定する。反射濃度は反射式濃度計（ＴＯＫＹＯ ＤＥＮＳＨＯＫＵ ＣＯ．ＬＴＤ社製：ＲＥＦＬＥＣＴＯＭＥＴＥＲ ＭＯＤＥＬ ＴＣ−６ＤＳ／Ａ）を用いて測定し、感光体ドラムから剥がし取ったポリエステルテープと、未使用のポリエステルテープの反射濃度差をかぶり量とした。感光体ドラム上のかぶり量が１０％以上となると、用紙上の非印字部分に目視でトナーが確認できる状態である。結果を表２に示す。
【００４１】
【表２】
【００４２】
実施例においては、いずれも耐久試験を通してかぶりの値が実用上問題ないレベルであった。特に、実施例１１〜１７においては、良好な結果が得られ、中でも実施例１７においては、印字２００００枚でのかぶりも良好であり、かつ、表面硬さ由来の後半のかぶりの悪化も抑えることが可能となった。これに対し、比較例１においては、バインダー成分との不相溶により、アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンが現像ローラの最表面に析出し、印字後半にはこれが削り取られることによってかぶりが悪化した。また、比較例２、３においては、アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミン、もしくはポリエチレンイミンの疎水性が不足し、現像ローラ最表面の吸湿により帯電付与性が低下し、かぶりが悪化した。
【符号の説明】
【００４３】
１ 軸芯体
２ 弾性層
３ 最表面の樹脂層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、レーザープリンターの如き電子写真装置に用いられる現像ローラ、この現像ローラを用いた電子写真プロセスカートリッジ及び電子写真画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンター、ファクシミリの受信装置の如き電子写真画像形成装置には、静電潜像保持体（以下、感光体という場合がある。）の表面に形成された静電潜像に、現像ローラの表面に担持して搬送した現像剤（以下、トナーという場合がある。）を接触又は近接させトナー像を形成する現像装置が使用されている。この種の現像装置には、現像ローラにより開口を閉塞されて内部にトナーを保持するトナー容器、トナー容器内で現像ローラにトナーを供給するトナー供給部材、現像ローラ上のトナー量を一定厚に形成する規制部材（以下、現像ブレードという場合がある。）が設けられる。トナー供給部材により現像ローラに供給されたトナーは、現像ローラの回転に伴い現像ブレードにより一定厚さに形成されつつ、現像ローラがトナー容器から露出する部分で対向する感光体へ搬送されるようになっている。従来の現像ローラには、適正な高トナー帯電量を保持して残像及び地汚れの発生を防止する目的で、分子構造中に窒素元素を有する高分子化合物よりなる樹脂、例えば、ポリエチレンイミンを使用したものがある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１２２１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の現像ローラは、窒素元素の存在によりトナー帯電性は優れているものの、吸湿性を有するために、特に高温高湿環境においては、トナー帯電性が低下して、非印字部分にトナーが現像する、かぶりが発生するといった課題があった。本出願に係る発明の目的は、高温高湿環境においても、長期間に亘り、かぶりを低減することが可能な現像ローラを得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る現像ローラは、軸芯体と、該軸芯体の周囲に樹脂層を有している現像ローラである。該現像ローラの最表面をなす樹脂層は、バインダー成分としてポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、尿素樹脂、ポリカーボネート樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、及びポリアミド樹脂の中から選ばれる少なくとも１つの樹脂を含む。更に、該樹脂層は、下記一般式（１）および（２）で示される構成単位を有するアルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンを含有する。
【０００６】
【化１】
【０００７】
また、本発明に係る電子写真プロセスカートリッジは、電子写真画像形成装置本体に脱離可能に装着であり、かつ、上記の現像ローラを有することを特徴とする。
更に、本発明に係る電子写真画像形成装置は、静電潜像を保持するための静電潜像保持体及び該静電潜像保持体に当接配置される現像ローラを有し、該現像ローラが、上記の現像ローラであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る現像ローラは、アミノ基やウレア結合を有するアルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンを含む樹脂層を最表面に有することにより、優れたトナー帯電性を有する。また、炭素数８乃至２０のアルキル基の存在により疎水性を示し、吸湿作用が低減され、高温高湿環境におけるトナー帯電性の低下を防止することが可能となる。更に、バインダー成分として、前記樹脂成分を用いることにより、アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンとの相溶性に優れ、長期使用に対しても現像ローラ最表面の組成物が変化することなく、安定なトナー帯電性を得ることができる。本発明に係る電子写真プロセスカートリッジ及び電子写真画像形成装置は、高温高湿環境においてもトナーへの良好な帯電性を示し、かぶりの低減、トナーの劣化防止、現像ローラ最表面の組成物の変化の抑制ができる。その結果、長期に亘って高品質な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の現像ローラの一例の軸方向に垂直な断面を示す断面図である。
【図２】本発明の現像ローラを適用した電子写真画像形成装置の一つの実施形態を示す概略構成図である。
【図３】本発明の現像ローラを適用した電子写真プロセスカートリッジの一つの実施形態を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明に係る現像ローラは、軸芯体と、該軸芯体の周囲に設けられた樹脂層を有する。
軸芯体は、その周囲に設けられる樹脂層を支持し、感光体へトナーを搬送可能な強度と、担持したトナーを感光体へ移動可能な導電性を、現像ローラの最表面に付与する電極となり得るものであればよい。その材質としては、鉄合金、アルミニウム合金、チタン合金、銅合金及びニッケル合金、例えばステンレス鋼、ジュラルミン、真鍮及び青銅や、カーボンブラックや炭素繊維とプラスチックの複合材料を挙げることができる。また、上記軸芯体として、導電性材料にめっき、酸化処理の如き防錆処理を行ったものを使用することができる。軸芯体の形状は、円柱状又は円筒状である。軸芯体の外径は、例えば、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。かかる軸芯体の例としては、炭素鋼合金の表面に５μｍ厚さの工業ニッケルメッキを施した円柱体等が挙げられる。
【００１１】
軸芯体の周囲に設けられる樹脂層は、１層、または２層以上である。但し、現像ローラの最表面をなす樹脂層は、バインダー成分としてポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、尿素樹脂、ポリカーボネート樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、及びポリアミド樹脂の中から選ばれる少なくとも１つの樹脂を含む。後述するアルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンとの良好な相溶性を有するためである。柔軟性に優れ、良好なトナー帯電性を有する樹脂層とするためにバインダー成分としては、ポリウレタン樹脂が特に好ましい。
また、該樹脂層は、下記一般式（１）および（２）で示される構成単位を有するアルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンを含有する。
【００１２】
【化２】
【００１３】
上記一般式（１）および（２）で示されるユニットを含むアルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンとしては、市販のポリエチレンイミン（例えばエポミン（商品名）、日本触媒社製）に、アルキルイソシアネートを付加反応させることにより得ることができる。ポリエチレンイミンとしては、重量平均分子量３００〜７００００が好ましく、更に好ましくは重量平均分子量１２００〜１００００である。アルキルイソシアネートのアルキル基としては、炭素数８乃至２０のアルキル基が挙げられる。具体的には、例えばオクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基およびエイコシル基を挙げることができる。アルキル基は直鎖であっても、分岐を有する構造であっても良いが、柔軟性に優れる、直鎖アルキル基が好ましい。アルキルイソシアネートのアルキル基の炭素数が８以上であると、高温高湿環境下での吸湿が抑制され、良好なかぶり低減効果が得られる。また、炭素数が２０以下であると、バインダー成分と適度な相溶性を付与できるため、長期使用においても持続的なかぶり抑制効果が得られやすい。アルキルイソシアネートの付加率としては、ポリエチレンイミンのアミン価に対して、０．８乃至１．３モル当量が好ましい。付加率が０．８モル当量以上であると、より高い吸湿抑制効果が得られる。また、付加率が１．３モル当量以下であると、バインダー成分と適度な相溶性を付与できるため、長期使用においても持続的なかぶり抑制効果が得られやすい。アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンの添加量としては、バインダー成分１００質量部に対し、０．５質量部以上、４０質量部以下であることが好ましく、更に好ましくは１質量部以上、３０質量部以下である。添加量が０．５質量部以上であると、より高いかぶり抑制効果が得られる。また、添加量が４０質量部以下であると、樹脂層の機械的物性、特に硬度に対する影響が少なく、長期使用時のかぶり抑制効果が高い。
【００１４】
また、最表面の樹脂層は、体積抵抗率が１×１０3 Ωｃｍ以上、１×１０11 Ωｃｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１×１０4 Ωｃｍ以上、１×１０10 Ωｃｍ以下である。体積抵抗率については、樹脂層を形成する樹脂塗料を、厚さ２００μｍになるようにアルミ型にキャストしで作製した樹脂シートを試験片とし、弾性層の体積抵抗率と同様の方法で求めた値を採用することができる。最表面の樹脂層に導電性を付与するために用いられる電子導電性物質としては、以下のものが挙げられる。カーボンブラック、ケッチェンブラックＥＣ、アセチレンブラックの如き導電性カーボン、ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦ、ＳＲＦ、ＦＴ、ＭＴの如きゴム用カーボン、酸化処理を施したカラー（インク）用カーボン、銅、銀、ゲルマニウムの如き金属及び金属酸化物。この中でも、少量で導電性を制御しやすいことからカーボンブラックが好ましい。
【００１５】
また、最表面の樹脂層に導電性を付与するために用いられるイオン導電性物質としては以下のものが挙げられる。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、塩化リチウムの如き無機イオン導電性物質、変性脂肪族ジメチルアンモニウムエトサルフェート、ステアリルアンモニウムアセテートの如き有機イオン導電性物質である。これら導電性付与剤は、樹脂層の体積抵抗率を前記のような適切な値にするのに必要な量が用いられるが、通常バインダー成分１００質量部に対して好ましくは１乃至５０質量部の範囲で用いられる。
【００１６】
現像ローラの最表面に適度な粗さを形成するためには、上記最表面の樹脂層に、体積平均粒子径が５乃至３０μｍの絶縁性の表面粗し粒子、例えば、ウレタン粒子、ナイロン粒子、アクリル粒子、シリコン粒子を含有してもよい。体積平均粒子径は、精密粒度分布測定装置（コールター Ｍｕｌｔｉｓｉｚｅｒ３（商品名）、ベックマン・コールター社製）を用いて測定する。これらの表面粗し粒子は、現像ローラ最表面が、中心線平均粗さＲａが０．１乃至３．０μｍの表面粗さを有する程度に含有されることが好ましい。表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（１９９４）に準じて測定される中心線平均粗さＲａを指し、小坂研究所表面粗さ計サーフコーダーＳＥ３５００を用い、カットオフを０．８ｍｍ、測定長さを２．５ｍｍ、測定速度を０．１ｍｍ／秒として測定する。
【００１７】
最表面の樹脂層の厚さは、弾性層の柔軟性を阻害しない範囲で、耐摩耗性を考慮して、２μｍ乃至３００μｍの範囲とすることが好ましい。樹脂層の厚さは、現像ローラ軸方向に対して垂直方向に樹脂層断面を切り出し、観察することにより測定することができる。測定機としては、デジタルマイクロスコープ（ＶＨＸ−６００（商品名）、キーエンス社製）と、高倍率ズームレンズ（ＶＨ−Ｚ４５０（商品名）、キーエンス社製）を用い、倍率を１０００倍とする。測定箇所は、軸方向３箇所（両端部、中央部）それぞれについて、周方向に３箇所、合計９箇所とし、その平均値を樹脂層の厚さとする。
【００１８】
上記最表面をなす樹脂層と軸芯体との間に設けてもよい樹脂層は、最表面上に薄膜状に形成されたトナーを感光体へ供給可能とするため、現像ローラに適度な弾性を付与することが可能な適切な弾性を有する層（以下、弾性層という。）であることが好ましい。また、弾性層は、現像ローラに接触する感光体、現像ブレード、トナーに対する損傷を低減するため低硬度であることが好ましい。また弾性層は、同時に、これらから受ける押力による現像ローラの塑性変形を抑制するため、現像ローラに耐圧縮永久歪性を付与するものが好ましい。
【００１９】
このため、弾性層は、アスカーＣ硬度が２０度以上、８０度以下であることが好ましい。弾性層の硬度が２０度以上であれば、現像ローラの圧縮永久歪を抑制しスジ状の画像不良の発生を抑制することができる。また、弾性層の硬度が８０度以下であれば、現像ローラと感光体の間の圧接力の増大を抑制し、トナーの劣化を抑制することができる。アスカーＣ硬度は、日本ゴム協会標準規格ＳＲＩＳ０１０１に準拠したアスカーＣ型スプリング式ゴム硬度計（商品名、高分子計器社製）を用いて測定した硬度である。常温常湿（２３℃、５５％ＲＨ）の環境に５時間以上放置した硬度測定用ゴムシートに、上記硬度計を１Ｋｇの力で当接させてから３秒後の値を測定値とするものである。ゴムシートについては、１００ｍｍ四方、厚さ２ｍｍの平板成型用金型を用い、必要量の原料を流し込み、プレス成型にて１３０℃２０分で１次加硫を行い脱型した後、２００℃４時間で二次加硫を行うことにより得ることができる。得られたゴムシート５枚を隙間なく重ねることにより、厚さ１０ｍｍの硬度測定用ゴムシートを得ることができる。
【００２０】
また、弾性層は、体積抵抗率が１×１０2 Ωｃｍ以上、１×１０12 Ωｃｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１×１０4 Ωｃｍ以上、１×１０10 Ωｃｍ以下である。体積抵抗率は、以下の方法で求めた値を採用することができる。抵抗計として、デジタル超高抵抗／微少電流計（８３４０Ａ（商品名）、エーディーシー社製）を用い、以下の条件で測定を行う。
測定モード：プログラムモード５（チャージ及びメジャー３０秒、ディスチャージ１０秒）
印加電圧：１００（Ｖ）
試料箱：レジスティビティ・チェンバ４２（エーディーシー社製）、主電極は直径２２ｍｍ、厚さ１０ｍｍの金属、ガードリング電極は内径４１ｍｍ、外径４９ｍｍ、厚さ１０ｍｍの金属とする。
試験片：はじめに、上記方法で作製した厚さ２ｍｍのゴムシートから直径５６ｍｍの試験片を切り出す。切り出した試験片の片面には、その全面にＰｔ−Ｐｄ蒸着を行うことで蒸着膜電極（裏面電極）を設け、もう一方の面には同じくＰｔ−Ｐｄ蒸着膜により、直径２５ｍｍの主電極膜と、内径３８ｍｍ、外径５０ｍｍのガードリング電極膜を同心状に設ける。なお、Ｐｔ−Ｐｄ蒸着膜は、マイルドスパッタＥ１０３０（日立製作所製）を用い、電流値１５ｍＡにて蒸着操作を２分間行って形成される。蒸着操作を終了したものを測定サンプルとする。
【００２１】
測定時には、直径２２ｍｍの主電極を、直径２５ｍｍの主電極膜からはみ出さないように置く。また、内径４１ｍｍのガードリング電極を、内径３８ｍｍで外径５０ｍｍのガードリング電極膜からはみ出さないように、該電極膜の上に置く。測定は、常温常湿（２３℃、５５％ＲＨ）の環境で行うが、測定に先立って、測定サンプルを、該環境に１２時間以上放置しておく。以上の状態で、試験片の体積抵抗（Ω）を測定する。次に、測定した体積抵抗値をＲＭ（Ω）、試験片の厚さをｔ（ｃｍ）として、試験片の体積抵抗率ＲＲ（Ω・ｃｍ）を、以下の式によって求める。
ＲＲ（Ω・ｃｍ）＝π×１．２５×１．２５×ＲＭ（Ω）÷ｔ（ｃｍ）
【００２２】
弾性層の材質としては、種々の液状ゴム材料が好ましい。具体的には、ジエン系ゴム、シリコーンゴム、多硫化ゴム、ウレタンゴムの液状ゴム材料を挙げることができる。これらの液状ゴム材料は、１種又は２種以上を組み合わせて用いてもよいが、耐圧縮永久歪性を考慮すると、シリコーンゴム又はウレタンゴムが好ましい。また、上記液状ゴム材料に導電剤や非導電性充填剤を添加することができる。導電剤としては、有機金属塩のイオン導電性をもつ化合物や、カーボンブラック、グラファイト、アルミニウム、銅、錫、ステンレス鋼の各種導電性金属または合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化チタン、酸化錫―酸化アンチモン固溶体、酸化錫―酸化インジウム固溶体の各種導電性金属酸化物、これらの導電性材料で被覆された絶縁性物質の微粉末を用いることができる。また、非導電性充填剤としては、珪藻土、石英粉末、乾式シリカ、湿式シリカ、酸化チタン、酸化亜鉛、アルミノケイ酸、又は炭酸カルシウムを挙げることができる。
【００２３】
弾性層の厚さは、例えば、１ｍｍ以上、５ｍｍ以下を挙げることができる。弾性層の厚さが、１ｍｍ以上であれば、感光体との圧接力が過大になるのを抑制しトナーの劣化を抑制することができ、５ｍｍ以下であれば、装置の大型化、コスト高を抑制することができる。上記最表面の樹脂層は、耐磨耗性による表面の保護機能や、トナー帯電性能、トナー搬送性機能を有するものである。
【００２４】
このような現像ローラの製造方法を以下に説明する。まず、軸芯体上に弾性層を成形する。弾性層の成形は、成形型を用いる方法、押出成形、いずれの方法によってもよい。例えば、先ず、円筒状の金型両端に、金型内に軸芯体を保持するための駒を固定し、駒に注入口を形成する。次いで、上記液状ゴム材料、カーボンブラック、必要に応じて充填剤を混合した材料を注入口より注入した後、ゴム材料が硬化する温度で加熱し、脱型する方法を挙げることができる。また、上記液状ゴム材料を含有する原料を円筒状に押出し硬化してチューブを成形し、これに軸芯体を挿入する方法、あるいは、軸芯体を上記液状ゴム材料を含有する原料と共に押し出し、硬化して、軸芯体の周囲に弾性層を成形する方法を挙げることができる。
【００２５】
最表面の樹脂層は、押出成形法や成形型を用いた方法によって成形することができるが、塗工方法によって成形することが好ましい。具体的には、上記樹脂をメチルエチルケトン、トルエン、アルコール、水の如き媒体と混合し、カーボンブラックの如き導電剤を添加してボールミル、サンドミルで分散することによって、樹脂塗料を作製する。得られた樹脂塗料を、コーティング、スプレー、ディッピングの如き方法で弾性層上に塗工した後、風乾と加熱により硬化させて、最表面の樹脂層を成形することができる。
【００２６】
本発明の現像ローラの一例として、図１に示す現像ローラを挙げることができる。図１に示す現像ローラは、軸芯体の外周に、弾性層と、その外周に最表面層としての樹脂層とが順次積層されたものである。軸芯体と弾性層との間、弾性層と樹脂層との間に、接着剤層を有していてもよい。また、軸芯体と弾性層との間や、弾性層と樹脂層との間に、必要に応じて機能層を有していてもよい。
【００２７】
本発明の電子写真画像形成装置は、静電潜像を保持する静電潜像保持体及び該静電潜像保持体に現像剤を介して当接配置される現像ローラを有する電子写真画像形成装置において、現像ローラが上記現像ローラであることを特徴とする。本発明の電子写真画像形成装置の一例を、図２の概略構成図に示す。図２に示す電子写真画像形成装置には、矢印方向に回転する静電潜像保持体としての感光体５、感光体５に帯電バイアスを印加して帯電処理するための帯電ローラ１２、感光体５に静電潜像を書き込む露光手段１１が備えられる。更に、トナーを介して感光体に当接配置される上記現像ローラ６が備えられ、現像ローラが担持して供給するトナーが静電潜像に付与されることにより、トナー像として可視化されるようになっている。現像は露光部にトナー像を形成する反転現像を行っている。可視化された感光体５上のトナー像を、紙の如き記録媒体２２に裏面から転写バイアス電源１８の転写バイアスを印加し、記録媒体２２上に転写する転写ローラ１７が設けられる。更に、記録媒体２２に転写されたトナー像を記録媒体に定着する定着装置１５が設けられ、画像が定着された記録媒体が装置外に排出され、画像形成を終了するようになっている。
【００２８】
一方、転写されずに感光体５上に残存した残トナーを感光体表面から除去するクリーニングブレード１４が設けられ、クリーニングされた感光体５は次の画像形成を待機する。上記現像ローラ６は、一成分現像剤である非磁性トナーを収容した現像剤容器（不図示）の長手方向に延在する開口を閉塞するように配置され、現像剤容器の外部で感光体５と対向設置される。現像剤容器内には現像ローラの表面にトナーを塗布担持させるトナー塗布部材７が、現像ローラの回転方向に対して上流側に、現像ローラが担持するトナー量を一定にして感光体へ搬送するように現像ブレード９が下流側に設けられる。
【００２９】
トナー塗布部材７は、トナー像形成に供与されず現像ローラ表面に残留するトナーを、現像ローラ６表面から剥離する機能も有し、その回転速度が現像ローラの回転速度と異なるように回転駆動され、現像ローラと同方向に回転させることもできる。トナー塗布部材７は、１乃至８ｍｍの当接幅をもって現像ローラに当接することが好ましく、ポリウレタンフォームの如き発泡体構造や軸芯体上にレーヨン又はポリアミドの如き繊維を植毛したファーブラシ構造を用いることができる。現像ブレード９には、金属製の板金にゴム弾性体を固定した部材や、ＳＵＳやリン青銅の薄板の如きバネ性を有する部材、その表面に樹脂やゴムを積層した部材が用いられる。また、現像ブレード９に、現像ローラに印加する電圧よりも絶対値が高い、例えば、絶対値で１００Ｖから３００Ｖ大きい電圧を印加することにより、現像ローラ上のトナー層の厚さを制御することが可能である。そのためには、現像ブレード９としてＳＵＳやリン青銅の薄板を用いることが好ましい。
【００３０】
本発明の電子写真プロセスカートリッジは、電子写真画像形成装置本体に脱離可能に装着される。本発明の電子写真プロセスカートリッジの一例として図３に示すものを挙げることができる。この電子写真プロセスカートリッジは、感光体５と上記現像ローラ６、トナー塗布部材７、現像ブレード９及び現像剤容器を有する現像装置、クリーニングブレード１４及び廃トナー容器１３を有するクリーンニング部材を一体化したものである。上記電子写真プロセスカートリッジにおいては、その他、転写ローラを加え、又は、各部材と交換して一体化したものであってもよい。
【００３１】
上記電子写真プロセスカートリッジが脱離可能に設けられる電子写真装置がフルカラー複写機の如きカラー画像形成装置では、シアン、マゼンタ、イエロー又はブラックのトナー毎に電子写真プロセスカートリッジを各ユニットとして有するものとしてもよい。これらの各トナー毎の各ユニットはタンデム型の配置や、ロータリーユニットに組み込んで、各トナー毎の各ユニットが感光体に順次当接可能となるような配置にしてもよい。トナー像の転写方式としては、各ユニットで形成されたトナー像を紙の如き記録媒体に直接重畳する方式、各ユニットで形成されたトナー像をベルトあるいはドラムの如き中間転写部材上に一旦重畳して転写し、その後、記録媒体に一括転写する方式であってもよい。記録媒体上に転写されたトナー像は定着装置に搬送されて、カラー画像が記録媒体上に定着される。
【実施例】
【００３２】
〔アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミン（１）〜（５）の合成〕
攪拌機、冷却機、滴下ロートを備えた反応器中で、ポリエチレンイミン（商品名エポミンＳＰ−２００、日本触媒社製）１００質量部をトルエン１６００質量部中に分散した。次いで、表１に示す量のアルキルイソシアネートを加えて還流温度で３時間反応させた後、２５℃まで冷却した。得られた反応混合溶液を、メタノール１６００質量部と混合して反応生成物を析出させた後、濾過、乾燥することにより、粉末状のアルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミン（１）〜（５）を得た。
【００３３】
【表１】
【００３４】
［実施例１］
ＳＵＳ３０４からなる外径８ｍｍ、長さ２６７ｍｍの軸芯体を、内径１６ｍｍの円筒状金型内に同心となるように設置した。また、弾性層を形成する材料として、液状導電性シリコーンゴム（東レダウコーニングシリコーン社製、ＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度５０度、体積抵抗率１×１０5Ω・ｃｍ品）を用意した。次いで、当該材料を上記の金型に注入した。その後、円筒状金型を温度１３０℃のオーブンに入れて２０分間加熱し、室温まで冷却した後に、軸芯体と一体となった弾性層を円筒状金型から脱型した。次いで、軸芯体と一体となった弾性層を温度２００℃のオーブンに入れて、４時間２次加硫を行い、軸芯体の外周に厚み４ｍｍの弾性層を形成した。得られた弾性層の長さは２４６ｍｍである。
【００３５】
次いで、バインダー成分としてポリウレタン樹脂（ニッポラン５２３０（商品名）、日本ポリウレタン工業社製）を用い、これをメチルエチルケトンに溶解した。導電剤としてカーボンブラック（ＭＡ２３０（商品名）、三菱化学社製）を、ポリウレタン樹脂の固形分１００質量部に対して２５質量部となるよう添加して、ボールミルにて５時間処理してカーボンブラックが分散された樹脂塗料を得た。該樹脂塗料に、アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミン（１）をポリウレタン樹脂の固形分１００質量部に対し、４０質量部添加した。次いで、ウレタン粒子（アートパールＣ−４００Ｔ（商品名）、根上工業社製）をポリウレタン樹脂の固形分１００質量部に対し、１５質量部添加して十分に攪拌した後、メチルエチルケトンを加えて粘度が７ｍＰａ・ｓとなるように調整した。粘度は、Ｅ型粘度計（ＲＥ１１５Ｌ（商品名）、東機産業製）を用い、コーン角度１°３４′の標準コーンロータを使用して、液温度２５℃に調整し、コーンロータ回転数２０ｒｐｍで測定した。得られた塗料を用い、ディッピングにより弾性層の表面に塗布した後、温度８０℃のオーブンで１５分間乾燥し、弾性層の外周に厚さ１０μｍの最表面の樹脂層を形成し、現像ローラを得た。
【００３６】
［実施例２］〜［実施例４］
アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンとその添加量を下記表２に示した様に変更した以外は実施例１と同様にして現像ローラを得た。
［実施例５］
バインダー成分として、ポリエステル樹脂（バイロンＧＫ−８１０（商品名）、東洋紡社製）を用いた以外は実施例１と同様にして現像ローラを得た。
［実施例６］
バインダー成分として、メチル化尿素樹脂（ニカラックＭＸ−３０２（商品名）、三和ケミカル社製）５０質量部、ポリエーテルポリオール（ＰＴＭＧ分子量３０００、保土谷化学社製）５０質量部を用い、オーブンの温度を１５０℃、乾燥時間を３０分とした。それ以外は実施例１と同様にして現像ローラを得た。
【００３７】
［実施例７］
バインダー成分として、ポリカーボネートウレタン樹脂（レザミンＭＥ８２１０ＬＰ（商品名）、大日精化社製）を用いた以外は実施例１と同様にして現像ローラを得た。
［実施例８］
バインダー成分として、メチル化メラミン樹脂（ニカラックＭＷ−３０（商品名）、三和ケミカル社製）５０質量部、ポリエーテルポリオール（ＰＴＧ（分子量３０００）、保土谷化学社製）５０質量部を用いた以外は実施例６と同様にして現像ローラを得た。
［実施例９］
バインダー成分として、フェノール樹脂（Ｊ−３２６Ｋ（商品名）、大日本インキ化学工業社製）１００質量部を用い、希釈溶媒としてメタノールを用いた以外は実施例６と同様にして現像ローラを得た。
【００３８】
［実施例１０］
バインダー成分として、ポリアミド樹脂（トレジンＦ−３０Ｋ（商品名）、ナガセケムテックス社製）を用い、希釈溶媒としてメタノールを用いた以外は実施例１と同様にして現像ローラを得た。
［実施例１１］〜［実施例１７］
アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンの種類及び添加量を下記表２に示した様に変更した以外は実施例１と同様にして現像ローラを得た。
【００３９】
［比較例１］
アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンとして、アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミン（４）を用いた以外は実施例１３と同様にして現像ローラを得た。
［比較例２］
アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンとして、アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミン（５）を用いた以外は実施例１３と同様にして現像ローラを得た。
［比較例３］
アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンの代わりに、ポリエチレンイミン（商品名エポミンＳＰ−２００、日本触媒社製）を用いた以外は実施例１３と同様にして現像ローラを得た。
【００４０】
（表面硬さの測定）
得られた現像ローラの表面硬度を、マイクロゴム硬度計（ＭＤ−１ ｃａｐａ、高分子計器社製）を用いて測定した。測定箇所は、軸方向３箇所（両端部、中央部）それぞれについて、周方向に３箇所、合計９箇所とし、その平均値を表面硬さとした。
（かぶりの測定）
得られた現像ローラを、レーザービームプリンタ（Ｓａｔｅｒａ ＬＢＰ５５００、キヤノン社製）の専用カートリッジ（マゼンダ）内における現像装置部分に組み込み、高温高湿環境（温度３０℃／湿度８０％ＲＨ）にて、１％間欠印字試験を行なった。印字枚数２００００枚に達したところで、１２時間放置し、感光体ドラム上のかぶり量を測定した。更に、２５０００枚、３００００枚に達したところでも同様にしてかぶり量を測定した。かぶり量は以下の方法により測定した。まず、全面白画像の印字中にプリンタ動作を停止し、カートリッジを取り出し、感光体ドラム上の転写前部分にポリエステルテープ（Ｎｏ．５５０（＃２５）トウメイ、１８ｍｍ×３０ｍ、ニチバン社製）を貼った後に剥がし取る。これを未使用の用紙に貼り付け、同じ用紙に貼り付けた未使用のポリエステルテープと共に反射濃度を測定する。反射濃度は反射式濃度計（ＴＯＫＹＯ ＤＥＮＳＨＯＫＵ ＣＯ．ＬＴＤ社製：ＲＥＦＬＥＣＴＯＭＥＴＥＲ ＭＯＤＥＬ ＴＣ−６ＤＳ／Ａ）を用いて測定し、感光体ドラムから剥がし取ったポリエステルテープと、未使用のポリエステルテープの反射濃度差をかぶり量とした。感光体ドラム上のかぶり量が１０％以上となると、用紙上の非印字部分に目視でトナーが確認できる状態である。結果を表２に示す。
【００４１】
【表２】
【００４２】
実施例においては、いずれも耐久試験を通してかぶりの値が実用上問題ないレベルであった。特に、実施例１１〜１７においては、良好な結果が得られ、中でも実施例１７においては、印字２００００枚でのかぶりも良好であり、かつ、表面硬さ由来の後半のかぶりの悪化も抑えることが可能となった。これに対し、比較例１においては、バインダー成分との不相溶により、アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンが現像ローラの最表面に析出し、印字後半にはこれが削り取られることによってかぶりが悪化した。また、比較例２、３においては、アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミン、もしくはポリエチレンイミンの疎水性が不足し、現像ローラ最表面の吸湿により帯電付与性が低下し、かぶりが悪化した。
【符号の説明】
【００４３】
１ 軸芯体
２ 弾性層
３ 最表面の樹脂層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸芯体と、該軸芯体の周囲に樹脂層を有している現像ローラであって、該現像ローラの最表面をなす樹脂層は、バインダー成分としてポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、尿素樹脂、ポリカーボネート樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、及びポリアミド樹脂の中から選ばれる少なくとも１つの樹脂を含み、かつ、下記一般式（１）および（２）で示される構成単位を有するアルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンを含有することを特徴とする現像ローラ。
【化１】
【請求項２】
前記バインダー成分がポリウレタン樹脂からなり、かつ、前記最表面の樹脂層が、前記アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンを、該ポリウレタン樹脂の１００質量部に対して、１質量部以上、３０質量部以下、含んでいる請求項１に記載の現像ローラ。
【請求項３】
前記アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンのアルキル基が、オクタデシル基である請求項１または２に記載の現像ローラ。
【請求項４】
前記最表面の樹脂層と前記軸芯体との間に弾性層を有している請求項１に記載の現像ローラ。
【請求項５】
電子写真画像形成装置本体に脱離可能に装着される電子写真プロセスカートリッジにおいて、該カートリッジが、請求項１〜４のいずれか１項に記載の現像ローラを有することを特徴とする電子写真プロセスカートリッジ。
【請求項６】
静電潜像を保持するための静電潜像保持体及び該静電潜像保持体に当接配置される現像ローラを有する電子写真画像形成装置において、該現像ローラが、請求項１〜４のいずれか１項に記載の現像ローラであることを特徴とする電子写真画像形成装置。
【請求項１】
軸芯体と、該軸芯体の周囲に樹脂層を有している現像ローラであって、該現像ローラの最表面をなす樹脂層は、バインダー成分としてポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、尿素樹脂、ポリカーボネート樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、及びポリアミド樹脂の中から選ばれる少なくとも１つの樹脂を含み、かつ、下記一般式（１）および（２）で示される構成単位を有するアルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンを含有することを特徴とする現像ローラ。
【化１】
【請求項２】
前記バインダー成分がポリウレタン樹脂からなり、かつ、前記最表面の樹脂層が、前記アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンを、該ポリウレタン樹脂の１００質量部に対して、１質量部以上、３０質量部以下、含んでいる請求項１に記載の現像ローラ。
【請求項３】
前記アルキルイソシアネート変性ポリエチレンイミンのアルキル基が、オクタデシル基である請求項１または２に記載の現像ローラ。
【請求項４】
前記最表面の樹脂層と前記軸芯体との間に弾性層を有している請求項１に記載の現像ローラ。
【請求項５】
電子写真画像形成装置本体に脱離可能に装着される電子写真プロセスカートリッジにおいて、該カートリッジが、請求項１〜４のいずれか１項に記載の現像ローラを有することを特徴とする電子写真プロセスカートリッジ。
【請求項６】
静電潜像を保持するための静電潜像保持体及び該静電潜像保持体に当接配置される現像ローラを有する電子写真画像形成装置において、該現像ローラが、請求項１〜４のいずれか１項に記載の現像ローラであることを特徴とする電子写真画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−２１０７９４（Ｐ２０１０−２１０７９４Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５５２０５（Ｐ２００９−５５２０５）
【出願日】平成２１年３月９日（２００９．３．９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月９日（２００９．３．９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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