JP2006133257A - 現像ローラ、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の現像ローラは、現像ローラ表面のタッキング試験による粘着強度が2乃至15kN/m2であることにより、トナーの搬送性を満足し、更には現像ローラ上へのトナー固着を抑え、画像濃度の増加を防ぎ、長期に渡り高品質な画像を得ることが出来る。
【選択図】図1
Description
本発明の目的は、電子写真装置に使用される、感光体に圧接し現像剤を可視化する現像ローラにおいて、トナーの搬送性を満足し、更には現像ローラ上へのトナー固着を長期にわたり抑え、画像濃度の増加を防ぎ、長期に渡り高品質な画像を得ることである。
また、該現像ローラの弾性層を構成するゴム材料のAskerC硬度が、20乃至65度であることが好ましい。
また、現像ローラの表面が、少なくともポリウレタンポリオールプレポリマーとイソシアネートを重合させて得られたポリウレタンを含有し、該ポリウレタンポリオールプレポリマーが、2官能のポリエーテルポリオールと2官能のイソシアネートを鎖延長させてなり、且つ、重量平均分子量が10000乃至50000、分子量分散度がMw/Mn=3.0以下、Mz/Mw=2.5以下の直鎖状ポリウレタンポリオールプレポリマーであり、該ポリウレタンポリオールプレポリマーが前記ポリウレタン中に70乃至95質量%の範囲で含有することが好ましい。
また、該現像ローラ表面の凹凸の平均間隔Smが20乃至300μmであることが好ましい。
摩耗性、摩擦帯電性等に優れたウレタン樹脂を樹脂材料に用いる場合は、分子の主鎖を直鎖状ポリウレタンポリオールで以って構成することにより、ウレタンの架橋性が制御でき、所望の粘着強度を得ることが可能となる。直鎖状ポリウレタンポリオールを得るには、2官能のポリオールと2官能のイソシアネートを反応させる。
凹凸の平均間隔Smについては、平均粒子径を調整した樹脂粒子を、現像ローラ最外層中に適切な量含有させることにより、制御することができる。
図1は本発明の現像ローラ4を軸方向からみた図で、一つの実施形態の概略を示す。図2は図1の現像ローラ4の軸線に沿った、面S−Sにおける概略断面図である。
これらの図に示す形態の現像ローラは芯金1上に弾性層2を形成し、その外周に最外層3を設けたものある。
芯金1は、成形時や実使用時に耐えうる強度を有すれば良く、外径4乃至10mmが好ましい。
弾性層2は、天然ゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ネオプレンゴム、イソプレンゴム、NBR等のゴム材料に、必要に応じてカーボンブラック、グラファイト、導電性粒子、導電性ゴム等を添加したものである。硬さ、圧縮永久歪みを考慮した場合、付加反応型導電性シリコーンゴムが好ましく、厚みは1乃至6mmが好ましい。弾性層は、現像ローラ表面の所望の粘着強度を得るために、適度な弾性を有することが好ましく、特に、現像ローラの弾性層を構成するゴム材料のAskerC硬度が20〜65度であることが好ましい。AskerC硬度が20度未満であると、接触面積が大きくなり、粘着強度が増加するために、制御しにくくなることがある。また、AskerC硬度が65度を超えると接触面積が小さくなり、粘着強度が得にくくなることがある。弾性層のAskerC硬度については、弾性層を構成するゴム材料のポリマー架橋密度と、内添する補強性フィラー、導電性フィラー、増量剤等の添加量により適宜調整可能である。
最外層3は、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、水素添加スチレン−ブチレン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、イミド樹脂、オレフィン樹脂等が用いられるが、耐摩耗性やトナー帯電性が要求されるためポリウレタン樹脂が好ましく、上述した本発明の現像ローラ表面に相当する。したがって、このポリウレタンの分子は、主鎖を直鎖状のポリウレタンポリオールからなる材料を用いて構成されることが好ましい。同ポリウレタンポリオールとしては、2官能ポリエーテルポリオールと2官能イソシアネートを鎖延長させて得られる直鎖状の2官能ポリウレタンポリオールであることが好ましい。2官能ポリウレタンポリオールは、多官能イソシアネート(末端イソシアネート型プレポリマーを含む。以下、この段階で添加するイソシアネート及び末端イソシアネート型プレポリマーを本明細書においては「第二イソシアネート」とも呼称する。)と反応することで最終の形態即ちポリウレタンとなる。架橋間の分子量すなわち架橋間距離は第二イソシアネートとの反応で決定される。なお、本発明において、ポリウレタンポリオールとは、ウレタン結合を有するポリオールを意味する。
2官能のポリエーテルポリオールの例としてはポリプロピレングリコールやポリテトラメチレングリコールが挙げられるが、ポリオール自身の分子結晶性の強いポリテトラメチレングリコールが好ましい。ポリエーテルポリオールの重量平均分子量としては500乃至5000程度のものが本発明の効果を引き出すのに好ましく、さらには500乃至3000程度のものが好ましい。5000を超えるようになるとウレタン鎖中のソフトセグメントの割合が高く、材料が極度に粘着性を有するため好ましくない。
2官能のイソシアネートの例としては、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)、ナフタレンジイソシアネート(NDI)、トリジンジイソシアネート(TODI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、フェニレンジイソシアネート(PPDI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)、テトラメチルキシレンジイソシアネート(TMXDI)、シクロヘキサンジイソシアネートが挙げられる。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)、ナフタレンジイソシアネート(NDI)、フェニレンジイソシアネート(PPDI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)、テトラメチルキシレンジイソシアネート(TMXDI)などの芳香族系イソシアネートが好ましく、さらに好ましくはジフェニルメタンジイソシアネート等の結晶性の強いイソシアネートが材料の粘着性を制御するのに優れている。
Z平均分子量Mzは高分子量化合物の平均分子量への寄与を最も重視したものであり、次の式(2)で定義される。
Mz=(ΣMi3Ni)/(ΣMi2Ni) (2)
ここでMiは、高分子中に存在する分子iの分子量、Niは分子iの個数である。
また、数平均分子量をMn、重量平均分子量をMz、Z平均分子量をMzとすると分子量分散度はMw/Mn及びMz/Mwで表される。
カラムとしては、市販のポリスチレンジェルカラムを複数本組み合わせるのが良く、例えば昭和電工社製のshodex GPC KF−801,802,803,804,805,806,807の組み合わせや、Waters社製のμ−styragel500、103、104、105の組み合わせを挙げることができる。
40℃のヒートチャンバー中でカラム温度を安定させ、溶媒としてテトラヒドロフラン(THF)を毎分1mlの流速でカラムに流す。測定するポリマーを、濃度0.05乃至0.6質量%のTHF溶液へと調製し、同溶液をカラムに50〜乃至200μl注入する。単分散ポリスチレン標準試料により作成された検量線の対数値とカウント数(リテンションタイム)との関係から試料の分子量分布を算出する。検量線作成用の標準ポリスチレン試料としては、例えば東ソー社製或いはPressure Chemical Co.製の分子量が6×102、2.1×103、4×103、1.75×104、5.1×104、1.1×105、3.9×105、8.6×105、2×106、4.48×106のものを用いる。少なくとも10種類の標準ポリスチレン試料を用いるのが適当である。検出器にはRI(屈折率)検出器を用いる。
第二イソシアネートとして好ましいものは、平均官能基数が2より大きく6より小さいイソシアネートまたは末端イソシアネート型プレポリマーである。平均官能基数が2以下であると架橋構造がほとんど得られず、材料強度が不足する。平均官能基数が6以上であると架橋密度が高すぎて粘着性の制御が不可能となる。第二イソシアネートとしては、トリフェニルメタントリイソシアネート、ジメチルトリフェニルメタンテトライソシアネートなどの多管能イソシアネートや多核体成分を含むクルードタイプのもの、ジイソシアネートの変性体(ウレタン変性体、アロファネート変性体、ビウレット変性体、イソシアヌレート変性体)が挙げられる。 ウレタン変性体などの変性体では変性体形成前のポリオール分子量などによって機械的物性値が多少変わる場合もあるが、上記ポリウレタンポリオールプレポリマーが、導電性最外層のポリウレタンを形成する原料の70質量%以上好ましくは75質量%以上を占めていれば、本発明の効果を発揮できる。
潜像担持体としての感光ドラム21が矢印A方向に回転し、感光ドラム21を帯電処理するための帯電部材22によって一様に帯電され、感光ドラム21に静電潜像を書き込む露光手段であるレーザー光23により、その表面に静電潜像が形成される。上記静電潜像は、感光ドラム21に対して近接配置され、画像形成装置本体に対し着脱可能なプロセスカートリッジに保持される現像装置24によって現像剤たるトナーを付与されることにより現像され、トナー像として可視化される。
現像は露光部にトナー像を形成するいわゆる反転現像を行っている。可視化された感光ドラム21上のトナー像は、転写部材である転写ローラ29によって記録媒体である紙33に転写される。トナー像を転写された紙33は、定着装置32により定着処理され、装置外に排紙されプリント動作が終了する。
一方、転写されずに感光ドラム上21上に残存した転写残トナーは、感光体表面をクリーニングするためのクリーニング部材であるクリーニングブレード30により掻き取られ廃トナー容器31に収納され、クリーニングされた感光ドラム21は上述作用を繰り返し行う。
現像装置24は、一成分現像剤として非磁性トナー28を収容した現像容器34と、現像容器34内の長手方向に延在する開口部に位置し感光ドラム21と対向設置された現像剤担持体としての現像ローラ25とを備え、感光ドラム21上の静電潜像を現像して可視化するようになっている。またプロセスカートリッジは、現像装置と、潜像担持体、帯電部材、クリーニング部材および転写部材の少なくとも一つとを有し、これらが一体的に保持されてなるものであり、画像形成装置に着脱可能に設けられる。
尚、現像ローラ25は感光ドラム21と当接幅をもって接触している。現像装置24においては、弾性ローラ26が、現像容器34内で、現像剤規制部材である弾性ブレード27の現像ローラ25表面との当接部に対し現像ローラ25の回転方向を図3中の矢印Bとしてその上流側に当接され、かつ、回転可能に支持されている。
弾性ローラ26の構造としては、発泡骨格状スポンジ構造や芯金上にレーヨン、ナイロン等の繊維を植毛したファーブラシ構造のものが、現像ローラ25へのトナー28供給および未現像トナーの剥ぎ取りの点から好ましい。例えば、芯金上にポリウレタンフォームを設けた直径16mmの弾性ローラ26を用いることができる。
この弾性ローラ26の現像ローラ25に対する当接幅としては、1〜8mmが好ましく、また、現像ローラ25に対してその当接部において相対速度をもたせることが好ましく、例えば、当接幅を3mmに設定し、弾性ローラ26の周速として現像動作時に50mm/s(現像ローラ25との相対速度は130mm/s)となるように駆動手段(図示せず)により所定タイミングで回転駆動させることができる。
外径8mmの芯金を内径16mmの円筒状金型内に同心となるように設置し、弾性層として液状導電性シリコーンゴム(東レダウシリコーン社製 AskerC硬度35度 体積固有抵抗105Ωcm品)を注型後、130℃のオーブンに入れ20分加熱成型し、脱型後、200℃のオーブンで2時間二次加硫を行い、弾性層厚み4mmのローラを得た。
最外層の材料として、ポリテトラメチレングリコール(PTG1000SN、分子量Mn=1000、平均官能基数f=2、保土谷化学株式会社製)100質量部に、ジフェニルメタンイソシアネート(MDI)(ミリオネートMT、f=2、日本ポリウレタン工業株式会社製)19.9質量部をMEK溶媒中で段階的に混合し、窒素雰囲気下80℃にて3時間反応させて、Mw=30000、水酸基価8.4、Mw/Mn=2.4、Mz/Mw=1.9の2官能ポリウレタンポリオールプレポリマーを得た。
得られたポリウレタンポリオールプレポリマー100質量部に、[NCO]/[OH]の値が1.2となるように、第二イソシアネートとしてクルードMDI(:コロネート2516、f=2.6相当、日本ポリウレタン工業株式会社製)5.32質量部を加えて混合した後、固形分濃度30%となるようにメチルエチルケトンで希釈した。そこへ、導電剤としてカーボンブラック(MA100 三菱化学製)を固形分に対し20質量部、及び、表面粗し材として重量平均粒子径10μmのウレタン粒子(アートパールCF−600T 根上工業製)を固形分に対し40質量部を添加して充分に分散させ、塗料を得た。得られた塗料を先に成型したローラ上にディッピングにより膜厚20μmとなるように塗布し、80℃のオーブンで15分乾燥後、140℃のオーブンで2時間硬化し、現像ローラを得た。
弾性層として液状導電性シリコーンゴム(東レダウシリコーン社製 AskerC硬度65度 体積固有抵抗105Ωcm品)を用い、第二イソシアネートとしてクルードMDIの代わりに、[NCO]/[OH]の値が1.5となるようにウレタン変性MDI(コロネート2521、、f=3.8相当、日本ポリウレタン株式会社製)42質量部を用いたことと、表面粗し材として重量平均粒子径10μmのウレタン粒子(アートパールCF−600T)の代わりに重量平均粒子径21μmのウレタン粒子(アートパールC―200T 根上工業製)を固形分に対し3質量部添加したこと以外は実施例1と同様に行って、現像ローラを得た。
MDI19.9質量部を用いた代わりに同MDI18.7質量部を用いて分子量Mw=10000、水酸基価18.2、分子量分散度Mw/Mn=2.2、Mz/Mw=1.6の2官能ポリウレタンポリオールプレポリマーを得たことと、
第二イソシアネートとしてクルードMDIの代わりにTMP変性トリレンジイソシアネート(TDI)(タケネートB830、f=3相当、三井武田ケミカル株式会社製)23.4質量部を用いたことと、表面粗し材として重量平均粒子径10μmのウレタン粒子(アートパールCF−600T)を固形分に対し25質量部添加したこと以外は実施例1と同様に行って、現像ローラを得た。
MDI19.9質量部を用いた代わりに同MDI18.7質量部を用いて分子量Mw=10000、水酸基価18.2、分子量分散度Mw/Mn=2.2、Mz/Mw=1.6の2官能のポリウレタンポリオールプレポリマーを得たことと、
第二イソシアネートとしてクルードMDIの代わりにウレタン変性MDI(コロネート2521、f=3.8相当、日本ポリウレタン工業株式会社製)33.4質量部を用いたことと、表面粗し材として重量平均粒子径10μmのウレタン粒子(アートパールCF−600T)を固形分に対し50質量部添加したこと以外は実施例1と同様に行って、現像ローラを得た。
弾性層として液状導電性シリコーンゴム(東レダウシリコーン社製 AskerC硬度20度 体積固有抵抗105Ωcm品)を用い、MDI19.9質量部を用い3時間反応させた代わりに同MDI21.5質量部を用いて6時間反応させて、分子量Mw=50000、水酸基価5.4、分子量分散度Mw/Mn=3.0、Mz/Mw=2.5の2官能ポリウレタンポリオールプレポリマーを得たことと、第二イソシアネートとしてクルードMDIの代わりにTMP変性TDI(:タケネートB830、f=3相当、三井武田ケミカル株式会社製)6.9質量部を用いたことと、表面粗し材として重量平均粒子径10μmのウレタン粒子(アートパールCF−600T)の代わりに重量平均粒子径6μmのウレタン粒子(アートパールC−800T、根上工業製)を固形分に対し60質量部添加したこと以外は実施例1と同様に行って、現像ローラを得た。
弾性層として液状導電性シリコーンゴム(東レダウシリコーン社製 AskerC硬度70度 体積固有抵抗105Ωcm品)を用い、MDI19.9質量部を用いた代わりに同MDI27質量部とトリメチロールプロパン(f=3)2質量部とを用いて分子量Mw=23000、水酸基価36、分子量分散度Mw/Mn=3.8、Mz/Mw=3.2の分岐を持つポリウレタンポリオールプレポリマーを得たことと、
第二イソシアネートとしてクルードMDIの代わりにTMP変性TDI(タケネートB830、f=3相当、三井武田ケミカル株式会社製)46.3質量部を用いたことと、表面粗し材として重量平均粒子径10μmのウレタン粒子の代わりに重量平均粒子径30μmのアクリル粒子(MR−30G:綜研化学社製)を固形分に対し2質量部添加したこと以外は実施例1と同様に行って、現像ローラを得た。
MDI19.9質量部を用いた代わりに同MDI18.3質量部を用いてMw=7000、水酸基価22.6、Mw/Mn=1.8、Mz/Mw=1.4の2官能ポリウレタンポリオールプレポリマーを得たことと、
第二イソシアネートとしてクルードMDIの代わりにTMP変性TDI(タケネートB830、f=3相当、三井武田ケミカル株式会社製)29.0質量部を用いたことと、表面粗し材として重量平均粒子径10μmのウレタン粒子の代わりに重量平均粒子径30μmのアクリル粒子(MR−30G:綜研化学社製)を固形分に対し2質量部添加したこと以外は実施例1と同様に行って、現像ローラを得た。
弾性層として液状導電性シリコーンゴム(東レダウシリコーン社製 AskerC硬度15度 体積固有抵抗105Ωcm品)を用い、MDI19.9質量部を用いた代わりに同MDI22.4質量部を用いてMw=60000、水酸基価5.3、Mw/Mn=2.8、Mz/Mw=2.4の2官能ポリウレタンポリオールプレポリマーを得たことと、
第二イソシアネートとしてクルードMDIの代わりにTMP変性TDI(タケネートB830、f=3相当、三井武田ケミカル株式会社製)6.8質量部を用いたことと、表面粗し材として重量平均粒子径10μmのウレタン粒子の代わりに重量平均粒子径1.8μmのアクリル粒子(MX−180、綜研化学社製)を固形分に対し65質量部添加したこと以外は実施例1と同様に行って、現像ローラを得た。
以上の実施例及び比較例にて作製した現像ローラから、長さ50mm程度の半円柱状のテストピースを切り取り、温度25±2℃、相対湿度50±10%の環境下、最外層表面の粘着強度をJIS Z3284に準拠したタッキング試験機(TAC−II:株式会社レスカ製)を用いて、室温下、プリロード400gf、押し込み速度30mm/min、押し込み荷重400gf、押し込み時間5秒、引上げ速度600mm/minの条件にて、円柱形φ5.1mm、ステンレス製のプローブを用いて測定を行い、5回の測定値(ピーク値)の平均値を粘着強度とした。
各最外層表面の凹凸の平均間隔Smは、接触式表面粗さ計サーフコム480A(東京精密製)を用いて測定した。測定条件としては、JISB0601に準じ、半径2μmの触針を用い、押し付け圧0.7mN、測定速度0.3mm/sec、測定倍率5000倍、カットオフ波長0.8mm、測定長さ2.5mmで行い、周方向3点、軸方向3点、合計9点の平均値をSmの測定値とした。
AskerC硬度は、日本ゴム協会標準規格SRIS0101に準拠したAskerC型スプリング式ゴム硬度計(高分子計器社製商品名)を用いて測定した硬度であり、常温常湿(23℃、55%RH)の環境下に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30秒後の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。
次に、現像剤量規制部材として厚さ0.1mmのリン青銅板が取り付けられ且つ非磁性一成分現像剤を収容する現像容器に、得られた現像ローラを組み込み、室温環境下、レーザービームプリンタ(Satera LBP5500、キヤノン社製)に装着し、ベタ画像を出力した。次に、印字率2%にて10000枚印字後に、ベタ画像を出力し、マクベス反射濃度計(RD918、グレタグマクベス社製)を用いて初期と10000枚印字後のベタ画像について画像1枚内で9点測定し、その平均値を画像濃度とした。以上の結果を表1に示す。
※2 画像濃度の増加について、初期と10000枚印字後のベタ濃度増加が0.2未満のものをA、0.2以上0.3未満のものをB、0.3以上のものをCとした。
2 弾性層
3 最外層
4 現像ローラ
21 感光体ドラム
22 帯電部材
23 レーザー光
24 現像装置
25 現像ローラ
26 弾性ローラ
27 弾性ブレード
28 非磁性トナー
29 転写ローラ
30 クリーニングブレード
31 廃トナー容器
32 定着装置
33 紙
34 現像容器
Claims (10)
- 現像剤を担持、搬送して感光体と接触し静電潜像を可視化する現像ローラにおいて、現像ローラ表面の粘着強度が2.0乃至15.0kN/m2であることを特徴とする現像ローラ。
- 該現像ローラ表面の粘着強度が3.0乃至10.0kN/m2であることを特徴とする請求項1に記載の現像ローラ。
- 該現像ローラの弾性層を構成するゴム材料のAskerC硬度が、20乃至65度であることを特徴とする請求項1または2に記載の現像ローラ。
- 該現像ローラの表面が、少なくともポリウレタンポリオールプレポリマーとイソシアネートを重合させて得られたポリウレタンにより構成され、
該ポリウレタンポリオールプレポリマーが、2官能のポリエーテルポリオールと2官能のイソシアネートを鎖延長させてなり且つ重量平均分子量が10000乃至50000、分子量分散度がMw/Mn=3.0以下、Mz/Mw=2.5以下の直鎖状ポリウレタンポリオールプレポリマーであり、
該ポリウレタンポリオールプレポリマーが前記ポリウレタン中に70乃至95質量%の範囲で含有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の現像ローラ。 - 該現像ローラ表面の凹凸の平均間隔Smが20乃至300μmであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の現像ローラ。
- 該現像ローラ表面の凹凸の平均間隔Smが30乃至100μmであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の現像ローラ。
- 該現像ローラの最外層が、樹脂粒子を樹脂固形分100質量部に対して3乃至60質量部含有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の現像ローラ。
- 該現像ローラの最外層が、樹脂粒子を樹脂固形分100質量部に対して25乃至50質量部含有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の現像ローラ。
- 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乃至8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プロセスカートリッジ。
- 静電潜像を保持するための静電保持体及び該静電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乃至8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画像形成装置。
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