JP2008008982A - 液体現像電子写真装置用ローラー - Google Patents

Abstract

【課題】キャリアによる体積変化の抑制された液体現像電子写真装置用ローラーを提供することにある。
【解決手段】トナーがキャリアに分散されてなる液体現像剤が用いられる液体現像電子写真装置に備えられ、軸体の外周に弾性体層が周設されている液体現像電子写真装置用ローラーであって、前記弾性体層は、二官能イソシアネートと、前記キャリアのｓｐ値よりも２以上大きなｓｐ値のポリエステルポリオールとを反応させたポリウレタンが用いられて形成されていることを特徴とする液体現像電子写真装置用ローラーを提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体現像電子写真装置用ローラーに関し、より詳しくは、弾性体層が形成された液体現像電子写真装置用ローラーに関する。

従来、感光体にレーザーなどで描かれた静電潜像をトナーなどにて顕像化し、紙などの表面に転写して印刷を行う電子写真装置が広く用いられている。近年、このトナー粒子を微細化させて印刷精度を向上させることが行われており、流動パラフィン、シリコンオイル、鉱物油、あるいは、植物油などキャリアと呼ばれる液体に、例えば、１μｍ程度にまで微細化されたトナー粒子を分散させた液体現像剤（液体トナーともいう）が用いられるようになってきている。また、この液体トナーを用いた液体現像電子写真装置（下記特許文献１および２参照）が用いられるようになってきている。

この液体現像電子写真装置には、現像ローラー、転写ローラー、スクィズローラー、研磨ローラーなど種々のローラーが用いられており、このような各種ローラーは、通常、ゴムや低硬度の樹脂などの弾性体が用いられた弾性体層が芯金などの軸体の外周に周設されて形成されている。
しかし、この液体現像電子写真装置においては、このようなローラーが上記のようなキャリアに暴露される環境で用いられることから、ローラーの弾性体層の形成に用いられているゴムあるいは樹脂がキャリアによって膨潤するなどして弾性体層の体積変化を発生させてしまうという問題を有している。

この液体現像電子写真装置用ローラーの弾性体層が体積変化するとローラー間の圧接力やニップ幅などが変化してしまうこととなり印刷精度を低下させてしまうこととなる。
そのため、液体現像電子写真装置用ローラーにおいては、キャリアによる体積変化の抑制されたものが求められている。しかし、従来の液体現像電子写真装置用ローラーは、キャリアによる体積変化が十分抑制されておらず、上記のような要望を満足するものとなっていない。

特開２００３−０５７９１３号公報 特開２００５−０７０１８１号公報

本発明の課題は、キャリアによる体積変化の抑制された液体現像電子写真装置用ローラーを提供することにある。

本発明者らは、液体現像電子写真装置用ローラーの弾性体層を所定のポリウレタンにより形成することにより、この弾性体層をキャリアによる体積変化の抑制されたものとし得ることを見出し本発明の完成に到ったのである。
すなわち、本発明は、前記課題を解決すべく、トナーがキャリアに分散されてなる液体現像剤が用いられる液体現像電子写真装置に備えられ、軸体の外周に弾性体層が周設されている液体現像電子写真装置用ローラーであって、前記弾性体層は、二官能イソシアネートと、前記キャリアのｓｐ値よりも２以上大きなｓｐ値のポリエステルポリオールとを反応させたポリウレタンが用いられて形成されていることを特徴とする液体現像電子写真装置用ローラーを提供する。

二官能イソシアネートと前記キャリアのｓｐ値よりも２以上大きなｓｐ値のポリエステルポリオールとを反応させたポリウレタンが用いられて弾性体層が形成されることから、該弾性体層がキャリアに対して膨潤されにくく、体積変化を抑制させ得る。
すなわち、本発明によれば、キャリアによる体積変化の抑制された液体現像電子写真装置用ローラーを提供し得る。

以下に、本発明の好ましい実施の形態について（添付図面に基づき）説明する。

まず、本実施形態における液体現像電子写真装置用ローラーが用いられる液体現像電子写真装置について図１を参照しつつ説明する。

液体現像電子写真装置には、通常、感光体や各種ローラーが用いられており、例えば、円筒形状に形成され、該円筒形状の中心軸周りに回転して外周面に液体トナーにより連続的に顕像が形成される感光体１と、該感光体１に周面を接触させて感光体１に形成された顕像を一次転写して紙などの被印刷物Ａに二次転写させる中間転写ローラー２と、該中間転写ローラー２に周面を接触させて配置され中間転写ローラー２とともに回転することにより、紙などの被印刷物Ａを中間転写ローラー２に圧接しつつ中間転写ローラー２の回転方向に被印刷物Ａを移動させて中間転写ローラー２に一次転写された顕像をこの被印刷物Ａに二次転写させるための加圧ローラー３などが備えられたりしている。
また、液体現像電子写真装置には、液体トナー貯留部Ｘに収容されている液体トナーＹに外周面が接触され、回転することにより外周面に液体トナーを付着させて液膜を形成させて液体トナーを汲み上げるトナー汲み上げローラー４（アニロックスローラーともいう）と、該トナー汲み上げローラー４に周面を接触させて配置されトナー汲み上げローラー４の外周面に付着している液体トナーを平滑化させた状態で外周面に移し取るならしローラー５と、該ならしローラー５に周面を接触させて配置され、ならしローラー５から液体トナーを移し取って感光体１に供給するための現像ローラー６などが備えられたりしている。
さらに、液体現像電子写真装置には、現像ローラー６にバイアス電圧を印加するとともに電荷を与えてならしローラー５から供給された液体トナーを現像ローラー６においてキャリア層とトナー凝集層とに分離させる凝集ローラー７、現像ローラー６から感光体１に供給された液体トナーのキャリアを絞り取るためのスクィズローラー８、感光体１に接触して感光体１の表面を清浄に維持すべく感光体１表面を微細に研磨する研磨ローラー９や、現像ローラー６の表面を清浄化させるためのクリーニングブレード１０や、感光体の表面を清浄化させるためのクリーニングブレード１０’などが備えられたりしている。

この液体トナー（液体現像剤）のキャリアには、流動パラフィン、シリコンオイル、鉱物油、あるいは、植物油などが用いられる。このキャリアの内、流動パラフィンなどの炭化水素系キャリアは、比較的高いｓｐ値（溶解度パラメーターともいう）を示し、通常、６〜８である。
したがって、液体現像電子写真装置用ローラーの弾性体層の形成に用いられるポリエステルポリオールとしては、ｓｐ値が１０以上とされることにより、一般に用いられるキャリアのｓｐ値よりも２以上高いｓｐ値のものとなり、優れた印刷精度とするために使用される液体トナーのキャリアに制限が加えられることを抑制させ得る。
なお、本明細書中における“ｓｐ値”とは、Ｆｅｄｏｒｓにより提唱されている方法により求められる値を意図しており、下記式により求めることができる。
ｓｐ値＝｛Σ（Δｅ_i）／Σ（Δν_i）｝^0.5
ただし、“Σ（Δｅ_i）”は、各単位官能基当たりの凝集エネルギー（Δｅ_i：ｃａｌ／ｍｏｌ）の総和を表し、“Σ（Δν_i）”は、各単位官能基当たりの分子容（Δν_i：ｃｍ³／ｍｏｌ）の総和を表している。

次いで、本実施形態の液体現像電子写真装置ローラーについて、イソパラフィンが用いられてなるキャリア（ｓｐ値は、通常、８．０）を使用する液体現像電子写真装置の現像ローラーを例に説明する。
本実施形態の現像ローラーは、芯金の外周に弾性体によって形成された弾性体層が周設されている。
この弾性体層は、ｓｐ値が１０以上のポリエステルポリオールと二官能イソシアネートとを反応させたポリウレタンにより形成されている。このポリウレタンには、弾性体層が１０²〜１０⁶Ω・ｃｍの体積抵抗率となるようにカーボンブラックが配合されている。
弾性体層が１０²〜１０⁶Ω・ｃｍの体積抵抗率となるように形成されていることによりこのローラーを液体現像電子写真装置における現像ローラーに適した導電性とすることができる。
また、この現像ローラーの弾性体層をポリエステルポリオールを用いて形成するのは、ポリエステルポリオール以外のポリオールを用いた場合には、キャリアに対する弾性体層の体積変化を十分抑制することができず、液体現像電子写真装置の印刷精度を低下させてしまうためである。
また、ポリエステルポリオールを用いる場合においても、キャリアのｓｐ値に対して２以上のｓｐ値のものを用いない場合には、キャリアに対する弾性体層の体積変化を十分抑制することができず、液体現像電子写真装置の印刷精度を低下させてしまう。

このｓｐ値が１０以上のポリエステルポリオールとしては、特に、限定されるものではないがアジピン酸と二官能グリコールとトリメチロールプロパンとが反応されてなるポリエステルポリオールを用いることが好ましい。
このポリエステルポリオールの原材料成分として、アジピン酸が用いられるのは、アジピン酸が用いられている場合には、セバシン酸などの他のジカルボン酸が用いられる場合に比べてポリエステルポリオールのｓｐ値を高くすることができ、その結果、このポリエステルポリオールを用いて形成される弾性体層をいっそうキャリアによる体積変化の小さなものとさせ得る。したがって、液体現像電子写真装置の印刷精度の低下をさらに抑制させ得る。
また、二官能グリコールとしては、炭素数が２〜５のものが好ましく、ジエチレングリコール、１，４−ブタンジオール、あるいは、３−メチルペンタンジオールのいずれかであることが好ましい。
この二官能グリコールを炭素数が２〜５のもの、特に、ジエチレングリコール、１，４−ブタンジオール、あるいは、３−メチルペンタンジオールのいずれかとした場合においては、ポリエステルポリオールのｓｐ値を高くすることができ、その結果、このポリエステルポリオールを用いて形成される弾性体層をいっそうキャリアによる体積変化の小さなものとさせ得る。したがって、液体現像電子写真装置の印刷精度の低下をさらに抑制させ得る。

前記二官能イソシアネートとしては、特に、限定されないが、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、キシレンジイソシアネート（ＸＤＩ）あるいはジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）のいずれかが用いられていることが好ましく、特にトリレンジイソシアネートまたはキシレンジイソシアネートのいずれかであることが好ましい。
この二官能イソシアネートとしてトリレンジイソシアネートまたはキシレンジイソシアネートを用いることにより、キャリアによる弾性体層の体積変化をさらに抑制させることができ液体現像電子写真装置の印刷精度の低下をさらに抑制させ得る。
しかも、トリレンジイソシアネートまたはキシレンジイソシアネートを用いることにより、ジフェニルメタンジイソシアネートなどを用いる場合に比べて上記のポリエステルポリオールとの硬化反応を高い反応速度で実施させ得る。したがって、トリレンジイソシアネートまたはキシレンジイソシアネートを用いることにより効率的に製造可能な液体現像電子写真装置用ローラーとさせ得る。

また、前記弾性体層は、上記のようなポリエステルポリオールと二官能イソシアネートを反応させたポリウレタンにより、ＪＩＳ−Ａ硬度が３０〜６０度に形成されている。
この弾性体層がＪＩＳ−Ａ硬度が３０〜６０度とされているのは、３０度未満の場合には、柔らかすぎて切削加工など表面の平滑性を調整することが困難となり、６０度を超える場合には、硬すぎて良好なる現像性を発揮させることが困難となるためである。
したがって、この現像ローラーにＪＩＳ−Ａ硬度が３０〜６０度の弾性体層を形成させることにより、現像ローラーに適した表面平滑性を有しつつ良好なる現像性能の現像ローラーとすることができる。
なお、このＪＩＳ−Ａ硬度とは、標準状態で測定されたＪＩＳ Ｋ ６２５３に規定されているタイプＡデュロメータ硬さ（瞬時値）を意図している。

これらポリエステルポリオールと二官能グリコールの配合量は、適宜調整することができ、実質、現像ローラーとして用いることのできる硬化状態にさせ得る量で配合させ得る。例えば、アジピン酸と二官能グリコールとトリメチロールプロパンとが反応されてなるポリエステルポリオールとトリレンジイソシアネートまたはキシレンジイソシアネートとを、硬化後の硬度がＪＩＳ−Ａ硬度３０〜６０度となるように配合して弾性体層を形成させるなどすればよい。

また、このポリウレタンに配合するカーボンブラックとしては、特に限定されず、ケッチェンブラックインターナショナル社より市販されている「ケッチェンブラック」、ＣＡＢＯＴ社の「ＶＵＬＣＡＮ」などの他、一般にアセチレンブラックと称される高導電性カーボンブラックをはじめ、一般にファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルブラックなどと称されるカーボンブラックを用いることができる。

さらに、このカーボンブラックが配合されたポリウレタンにより弾性体層を形成させる軸体としては、導電性の棒状体、具体的には、断面円形で且つ中空又は中実の金属製棒状体からなる芯金を用いることができる。
この芯金には、例えば、銅、鉄、アルミニウム、ニッケル等の金属及びその合金からなるものや、これらに、溶融めっき、電解めっき、無電解めっきなどの手段によるめっきを施したものを用いることができ、より詳しくは、強度、耐久性に優れるステンレス鋼に、さらに導電性と基材層との密着性を高めるために無電解ニッケルめっきを施したものを用いることができる。

また、現像ローラーには、上記に説明したように弾性体層のさらに外周側に表面層を設けたり、弾性体層と軸体（芯金）との間に他の層を形成させたりすることができる。
特に、現像ローラーにおいては、熱可塑性ポリウレタンを溶媒に溶解させ、さらに、カーボンブラックが分散されてなるポリウレタン溶液を用いることにより表面層を形成させることが好ましい。
この熱可塑性ポリウレタンは、上記のごとく説明した弾性体層に対して優れた密着性と耐摺擦性を有し、現像ローラーの表面に当接される部材に対する高い強度を有し、しかも、柔軟性に富むことからローラーの変形などに対する優れた追従性を示し、シワやはがれなどが発生しにくいという点において好ましく、中でもポリエステル系熱可塑性ポリウレタンあるいはポリエーテル系熱可塑性ポリウレタンを用いることが好ましい。
また、この熱可塑性ポリウレタンを溶解させる溶媒としては、テトラヒドロフラン、メチルエチルケトン、トルエン、イソプロピルアルコールやそれらの混合溶媒を用いることができ、ポリウレタン溶液の乾燥速度を調整すべく上記の溶媒にシクロヘキサンやジメチルフォルムアミドをさらに混合した混合溶媒を用いることが好ましい。
また、カーボンブラックとしては、ケッチェンブラックインターナショナル社より市販されている「ケッチェンブラック」、ＣＡＢＯＴ社の「ＶＵＬＣＡＮ」などの他、一般にアセチレンブラックと称される高導電性カーボンブラックが好適である。

このような、材料ならびに構成の現像ローラーを製造する方法としては、一般的に用いられているポリウレタン製のローラーの製造方法を用いることができ、例えば、金型などを用いて芯金にポリウレタン弾性体を周設した後、弾性体層の表面を研磨して所定の表面平滑度に調整するなどすればよい。また、さらに該弾性体層表面に上記に説明したような表面層形成用のポリウレタン溶液を弾性体層にディップコートするなどして直接塗布して熱処理する方法を用いることができる。
このときポリウレタン溶液としては、上記のような熱可塑性ポリウレタンを、３〜２０重量％、上記のようなカーボンブラックを１０重量％以下の濃度となるように上記のような溶媒で溶解されているものを用いることにより、上記のポリウレタン弾性体層上でハジキやムラが生じにくく厚さの均一性が保持し易く、カーボンの分散状態を維持させやすい。また、このときの熱処理温度としては、例えば、８０〜１２０℃の温度とすることにより、ポリウレタン弾性体層が熱劣化を受けるおそれを抑制しつつ良好なる表面層を形成させ得る。
さらに、この表面層の表面（あるいは、弾性体層が露出した状態で用いられる他の液体現像電子写真装置用ローラーの表面）は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に規定されている１０点平均粗さ（Ｒｚ）で３μｍ以下の表面粗さに形成されていることが好ましい。

なお、本実施形態においては、上記のごとく構成され、上記のごとく使用される液体現像電子写真装置とこの液体現像電子写真装置用ローラーとして現像ローラーを例に説明したが、本発明の液体現像電子写真装置用ローラーとしては、上記構成の液体現像電子写真装置用に用いられる場合に限定されるものではなく、また、その用途を現像ローラーに限定するものでもない。
すなわち、本実施形態においては、液体現像電子写真装置の印刷精度を向上させ得る点において、他のローラーに比べて、より顕著な効果が得られることから液体現像電子写真装置用ローラーとして現像ローラーを例に説明したが、本発明の液体現像電子写真装置用ローラーとしては、トナー汲み上げローラー、ならしローラー、スクィズローラー、研磨ローラー、中間転写ローラーや加圧ローラーなど軸体の外周に弾性体層が周設されている液体現像電子写真装置用ローラー全般を意図している。

次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（ポリウレタン弾性体の配合検討）
（配合例１〜３７）
表１に記載のポリオールとイソシアネートを硬化後に表１の硬度となるように配合してポリウレタン弾性体試料を作製した。
なお、表１に示す硬度は、標準状態で測定されたＪＩＳ Ｋ ６２５３に規定されているタイプＡデュロメータ硬さ（ＪＩＳ−Ａ硬度）である。
作製した各配合のポリウレタン弾性体を幅３０ｍｍ×長さ３０ｍｍ×厚さ２ｍｍに切断して直方体試料を作製し、作製した直方体試料をイソパラフィンを主成分とする炭化水素系キャリア（エクソンモービル社製、商品名「ＩｓｏｐａｒＭ」）に合計７日間浸漬させ、浸漬日数とともに各試料の体積がどのように変化するかを測定した。
なお、用いたポリエステルポリオールのｓｐ値をＦｅｄｏｒｓにより提唱されている方法により（下記式）求めた結果を併せて表１に示す。
ｓｐ値＝｛Σ（Δｅ_i）／Σ（Δν_i）｝^0.5
ただし、“Σ（Δｅ_i）”は、各単位官能基当たりの凝集エネルギー（Δｅ_i：ｃａｌ／ｍｏｌ）の総和を表し、“Σ（Δν_i）”は、各単位官能基当たりの分子容（Δν_i：ｃｍ³／ｍｏｌ）の総和を表している。
なお、キャリアである「ＩｓｏｐａｒＭ」のｓｐ値は、８．０であった。
また、「ＩｓｏｐａｒＭ」への浸漬温度は、２３℃と４０℃との２通りで試験を行い、体積変化率については、幅、長さをノギスを用いて測定し、厚さをＪＩＳ Ｋ ６２５３に記載された方法に準じて測定して体積（幅×長さ×厚さ）を測定して、初期体積に対する増分を百分率で表した。
表１に各配合例の２３℃、４０℃での浸漬試験（浸漬７日後）の体積変化率の結果を示す。
また、表２に、配合例１、２８、３４のポリウレタン弾性体試料について、浸漬後０．５、１、２、３、５、７日後の体積変化率の測定結果を示す。

上記の表１、表２からも、キャリアのｓｐ値よりも２以上のｓｐ値のポリエステルポリオールと二官能イソシアネートとを反応させたポリウレタン（配合例１）は、（キャリアのｓｐ値＋２）未満のｓｐ値のポリエステルポリオールと二官能イソシアネートとを反応させたポリウレタン（配合例２８、３４）に比べて体積変化を生じにくいことがわかる。

（実施例１）
表３に示す配合のポリウレタンにより、直径１０ｍｍの芯金上に厚さ約３ｍｍの弾性体層を周設し、外径約１６ｍｍとなるように表面研磨を行った後に、表４に示すポリウレタン溶液を塗布して表面層を形成させて実施例１の現像ローラーを作製した。
より具体的には、ポリエステルポリオールにカーボンブラック（ケッチェンブラックインターナショナル社より市販の商品名「ケッチェンブラックＥＣ３００Ｊ」）を混合分散させたものを脱水処理して１００℃に加熱し、二官能イソシアネートとビス（ジプロピルフェニル）カルボジイミドとを加えて均一混合状態となるように攪拌して、芯金をセットした１５０℃の金型に注入して１時間反応させることにより芯金の外周に弾性体層を周設した。この１５０℃×１時間の反応の後、脱型し、１４０℃×２時間の後架橋を行って予備成形体を作製した。
この予備成形体を円筒研削盤にて表面研磨して所定寸法とし、表面に表４に示すポリウレタン溶液をディップコートして１１０℃で２時間乾燥させることにより塗布して実施例１の現像ローラーを作製した。

（実施例２、３、比較例１乃至３）
ポリウレタンの配合を変更した以外は、実施例１と同様に現像ローラーを作製した。

（実施例４）
二官能イソシアネートとしてＭＤＩを用いた実施例４では、弾性体層の硬化時間が遅く、１５０℃×１時間の反応時間では脱型困難であったため、１５０℃×２４時間の反応時間とし、さらに、脱型後の後架橋を２４時間とした以外は実施例１と同様に現像ローラーを作製した。

（耐キャリア性評価）
各実施例、比較例の現像ローラーを水平に支持して下側半分をイソパラフィン（ｓｐ値＝８．０）をキャリアとした液状トナー（約３０℃）に浸漬させた状態で、回転に伴って現像ローラー表面に形成される液状トナーの液膜をブレードにて掻き落としつつ約２００ｒｐｍの回転速度で回転させる耐キャリア性試験を実施した。
このときの現像ローラーの硬度（ＪＩＳ−Ａ硬度）、ローラー外径の変化、電気抵抗（芯金−表面間に１００Ｖ印加時の抵抗値）の変化を測定した。
具体的には、各実施例、比較例の現像ローラーを、初期状態における値と、耐キャリア性試験７日後の値とを測定した。
結果を表５に示す。

この表５からも、キャリアのｓｐ値よりも２以上のｓｐ値のポリエステルポリオールと二官能イソシアネートとを反応させたポリウレタンにより弾性体層を形成することによりキャリアに対する体積変化を抑制させることができ、液体現像電子写真装置の印刷精度の低下を抑制させ得ることがわかる。

液体現像電子写真装置の構成を示す概略図。

符号の説明

１：感光体、２：中間転写ローラー、３：加圧ローラー、４：トナー汲み上げローラー（アニロックスローラー）、５：ならしローラー、６：現像ローラー、７：凝集ローラー、８：スクィズローラー、９：研磨ローラー、１０，１０’：クリーニングブレード、Ａ：被印刷物、Ｘ：液体トナー貯留部、Ｙ：液体トナー

Claims (8)

1. トナーがキャリアに分散されてなる液体現像剤が用いられる液体現像電子写真装置に備えられ、軸体の外周に弾性体層が周設されている液体現像電子写真装置用ローラーであって、前記弾性体層は、二官能イソシアネートと、前記キャリアのｓｐ値よりも２以上大きなｓｐ値のポリエステルポリオールとを反応させたポリウレタンが用いられて形成されていることを特徴とする液体現像電子写真装置用ローラー。
2. 前記弾性体層が、ＪＩＳ−Ａ硬度が３０〜６０度に形成されている請求項１に記載の液体現像電子写真装置用ローラー。
3. 前記二官能イソシアネートとして、トリレンジイソシアネートまたはキシレンジイソシアネートのいずれかが用いられている請求項１または２に記載の液体現像電子写真装置用ローラー。
4. 前記キャリアのｓｐ値が８以下であり、且つ、前記ポリエステルポリオールのｓｐ値が１０以上である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液体現像電子写真装置用ローラー。
5. アジピン酸と炭素数が２〜５の二官能グリコールとトリメチロールプロパンとが反応されてなり、ｓｐ値が１０以上である前記ポリエステルポリオールが用いられている請求項４に記載の液体現像電子写真装置用ローラー。
6. 前記二官能グリコールとして、ジエチレングリコール、１，４−ブタンジオール、あるいは、３−メチルペンタンジオールのいずれかが用いられている請求項５に記載の液体現像電子写真装置用ローラー。
7. 前記ポリウレタンにカーボンブラックが含有されており、前記弾性体層の体積抵抗率が１０²〜１０⁶Ω・ｃｍとされている請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液体現像電子写真装置用ローラー。
8. ＪＩＳ Ｂ ０６０１に規定されている１０点平均粗さ（Ｒｚ）で３μｍ以下の表面粗さに形成されている請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液体現像電子写真装置用ローラー。

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