JP2013152438A - 現像部材、プロセスカートリッジおよび電子写真用画像形成装置 - Google Patents

現像部材、プロセスカートリッジおよび電子写真用画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】長期に亘る使用によっても、トナー等が融着し難く、かつ、トナーの搬送性能も変化し難い現像部材の提供。
【解決手段】基体と表面層とを有する現像部材であって、該表面層は、バインダー樹脂としてのポリウレタン樹脂及び該バインダー樹脂中に分散しているポリウレタン樹脂粒子を含有し、該バインダー樹脂としてのポリウレタン樹脂は、隣接する2つのウレタン結合の間に、構造式(1)で示される構造と、構造式(2)で示される構造および構造式(3)で示される構造から選ばれる何れか一方または両方の構造とを有し、かつ、隣接する2つのウレタン結合の間に、構造式(4)で示される構造を有するものであることを特徴とする現像部材。
【選択図】図1A

Description

本発明は現像部材、プロセスカートリッジおよび電子写真用画像形成装置に関する。
複写機や光プリンタの如き電子写真用画像形成装置の画像形成方法としては、非磁性一成分のトナーを用いた現像方法が知られている。具体的には、回転可能な静電潜像担持体である感光体を帯電ローラの如き帯電部材により帯電し、帯電した感光体の表面にレーザー光を露光して静電潜像を形成する。次に、画像形成装置の現像装置において、現像剤容器内のトナーが現像剤供給部材及び現像剤量規制部材によって現像部材上に塗布され、感光体と現像部材との接触部でトナーによる静電潜像の現像が行われる。その後、感光体上のトナー像は転写部において中間転写体を介して、又は、介さずに記録材上に転写され、定着部において熱と圧力によりトナー像が記録材に定着され、定着画像を有する記録材が画像形成装置外へ排出される。
このような画像形成方法において、現像装置としては、以下のような構成を有するものを挙げることができる。トナーを収納する現像剤容器の開口を閉塞し、且つ、一部を容器外に露出させ、この露出部分が感光体に対向するように現像ローラを設ける。現像剤容器内には、現像ローラにトナーを供給する現像剤供給部材と、現像部材上にトナー層を形成し、現像部材上のトナーを一定量にする現像剤量規制部材とが設けられる。静電潜像の現像後、現像部材上に残留するトナーは現像剤供給部材によって掻き取られ、現像剤容器内のトナーと混合される。
このような非磁性一成分現像法で用いられる現像部材は、トナーへの均一な帯電付与性、均一なトナー搬送性を持たせる為、現像部材の表面層を形成する樹脂中に微小な樹脂粒子を含有させることより微小な凹凸を設ける技術が提案されている(特許文献1)。
特開平11−065265号公報
近年の電子写真画像形成装置の使用環境の多様化に伴って、より過酷な環境下においても安定した画像形成能を発揮することが電子写真画像形成装置に対して要求されるようになってきている。
ところで、低温低湿(例えば、温度15℃、相対湿度10%)の環境において多数枚の画像出力を行っていくうちに、電子写真画像の品位が低下してくる場合があった。かかる電子写真画像の品位の低下は、長期間の使用により現像部材表面にトナーが融着し、現像部材の帯電付与性能の変化やトナー搬送性能の変化によるものと考えられる。
現像部材表面へのトナー融着自体は、現像ローラの表面層を柔らかくすることにより抑制することができる。しかし、表面層を柔らかくすることにより、表面層に凸部を形成させている表面層中の樹脂粒子(粗し粒子)が脱落し易くなり、現像部材の表面形状の経時的な変化を生じさせ、トナー搬送性能の経時的変化をもたらす場合がある。トナー搬送性能の経時的変化は、電子写真画像の品位の経時的な低下の原因ともなる。
そこで、本発明は、長期に亘る使用によっても、トナー等が融着し難く、かつ、トナーの搬送性能も変化し難い現像部材の提供に向けたものである。また、本発明は、高品位な電子写真画像の安定的な提供に資する電子写真装置およびプロセスカートリッジの提供に向けたものである。
本発明者らは、現像ローラの表面層にバインダー樹脂としてポリウレタン樹脂及び該バインダー樹脂中に分散しているポリウレタン樹脂粒子を含有する現像ローラにおいて、バインダー樹脂が特定の構造を有することにより、表面層の柔軟化と表面層の樹脂粒子の脱落を抑制することが出来ることを見出した。その結果、長期間の画像出力後のトナー融着の抑制を行うことができ、トナー融着による画像不良を抑制することが出来ることを見出した。かかる知見に基づき、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明によれば、基体と表面層とを有する現像部材であって、該表面層は、バインダー樹脂としてのポリウレタン樹脂及び該バインダー樹脂中に分散しているポリウレタン樹脂粒子を含有し、該バインダー樹脂としてのポリウレタン樹脂は、隣接する2つのウレタン結合の間に、下記構造式(1)で示される構造と、下記構造式(2)で示される構造および下記構造式(3)で示される構造から選ばれる何れか一方または両方の構造とを有し、かつ、隣接する2つのウレタン結合の間に、下記構造式(4)で示される構造を有するものである現像部材が提供される。
Figure 2013152438
Figure 2013152438
Figure 2013152438
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また、本発明によれば、電子写真画像形成装置の本体に着脱可能に構成され、かつ、上記の現像部材を有している電子写真プロセスカートリッジが提供される。
また、本発明によれば、上記の現像部材を有している電子写真画像形成装置が提供される。
本発明によれば、表面層の柔軟化と、長期間の画像出力後における現像部材の表面層中の樹脂粒子の脱落の抑制を両立し、その結果、長期間の使用によっても帯電性能が変化しにくい帯電部材を得ることができる。また、本発明によれば、高品位な画像を提供することの出来るプロセスカートリッジ、及び電子写真用画像形成装置を提供することができる。
本発明の現像ローラの一例を示す概略断面図である。 本発明の現像ローラの一例を示す概略断面図である。 本発明の現像ローラの浸漬塗工装置の一例を示す概略構成図である。 本発明に係る電子写真用画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の電子写真プロセスカートリッジの一例を示す概略構成図である。 現像ローラの画像出力前の断面イメージ図を示す。 現像ローラの画像出力後において、ポリウレタン樹脂粒子によって形成された凸部周辺のポリウレタン樹脂が削れた様子を表す断面図を示す。 現像ローラの画像出力後において、ポリウレタン樹脂粒子によって形成された凸部周辺のポリウレタン樹脂が削れ、更に樹脂粒子が脱落した様子を表す断面図を示す。 本発明に係るウレタン樹脂が有する特徴的な構造の一部を示す。
(現像ローラ)
本発明に係る現像部材は、図1Aまたは図1Bに示すように、円柱状あるいは中空円筒状の基体(軸芯体)2、及び表面層4を有している。また、基体2が円柱状の場合には、図1Aに示すように基体2と表面層4の間に弾性層3を有する。特に非磁性一成分接触現像系プロセスでは、弾性層3を有する現像ローラが好適に用いられる。
(基体)
基体2は、導電性を有し、現像ローラ1の電極および支持部材として機能するもので、アルミニウム、銅合金、ステンレス鋼の如き金属または合金、クロム又はニッケルで鍍金処理を施した鉄の如き導電性の材質で構成される。
なお、軸芯体の表面には、軸芯体と、後述する弾性層との接着性の向上を図るため、プライマーを塗布してもよい。プライマーの例としては、シランカップリング剤系プライマー、ウレタン系、アクリル系、ポリエステル系、ポリエーテル系またはエポキシ系の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等を用いることができる。
また、市販のプライマーとしては以下のものが挙げられる。
「DY39−051」、「DY39−067」、「DY39−115」(いずれも商品名:東レ・ダウコーニング社製);
「X−33−173」、「PRIMER−NO.4」、「PRIMER−NO.32」、「PRIMER−NO.35」(いずれも商品名:信越化学工業社製);
「XP81−405」、「XP81−A6361」、「XP81−B7015」、「ME21」、「ME151」、「ME153」、「XC9214」(いずれも商品名:モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製)。
プライマーは染料もしくは顔料によって着色してもよい。染料および顔料の例としては、例えば、モノアゾ染料およびポリアゾ染料、アントラキノン誘導体、アントロン誘導体系アントラキノン染料・顔料、フタロシアニン染料・顔料、アクリジン染料、アジン染料、オキサジン染料、チアジン染料、蛍光染料、アゾイック染料、ベンガラ、カーボンブラック、酸化チタンを挙げられる。これらは1種単独でも2種以上の組み合わせでも使用することが出来る。また、染料または顔料のより詳細な具体例を以下に挙げる。
特に、上記した市販のプライマーを着色する上では、ソルベントブルー44、ソルベントブルー70、ピグメントブルー15、ソルベントブラック3またはピグメントレッド122を好適に用いることができる。
(弾性層)
弾性層3は、感光体表面に形成された静電潜像にトナーを過不足なく供給することができるように、適切なニップ幅とニップ圧をもって感光体に押圧可能な硬度や弾性を現像ローラ1に付与するために設けられる。弾性層3は種々のゴム材を用いることができる。ゴム材に使用するゴムとしては、以下のものが挙げられる。エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム(EPDM)、アクリルニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、クロロプレンゴム(CR)、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム、シリコーンゴム、エピクロロヒドリンゴム、ウレタンゴム。これらは単独であるいは2種以上を混合して用いることができる。この中でも、シリコーンゴムが好ましい。シリコーンゴムとしては、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルトリフルオロプロピルシロキサン、ポリメチルビニルシロキサン、ポリフェニルビニルシロキサン、これらのシロキサンの共重合体が挙げられる。
弾性層3中には、導電性付与剤、非導電性充填剤、触媒の如き各種添加剤が適宜配合される。導電性付与剤としてはアルミニウム、銅の如き導電性金属の微粒子、または酸化亜鉛、酸化錫、酸化チタンの如き、導電性金属酸化物の微粒子、またはカーボンブラックを用いることができる。このうち、カーボンブラックは比較的容易に入手でき、良好な導電性が得られるので特に好ましい。導電性付与剤としてカーボンブラックを用いる場合は、ゴム材中のゴム100質量部に対して10〜80質量部配合される。非導電性充填剤としては、シリカ、石英粉末、酸化チタン、酸化亜鉛または炭酸カルシウムが挙げられる。
弾性層3の厚さは1.5〜5.0mmの範囲にあることが好ましく、2.0〜4.0mmの範囲にあることがより好ましい。
(表面層)
本発明の表面層は表面に粗さを付与させトナーの搬送性を持たせる目的でバインダー樹脂中に分散しているポリウレタン樹脂粒子を含有する。
本発明の表面層のバインダー樹脂はポリウレタン樹脂である。
そして該ポリウレタン樹脂は、
隣接する2つのウレタン結合の間に、
下記構造式(1)で示される構造と、
下記構造式(2)で示される構造および下記構造式(3)で示される構造から選ばれる何れか一方または両方の構造とを有し、かつ、
隣接する2つのウレタン結合の間に下記構造式(4)で示される構造を有する。
Figure 2013152438
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Figure 2013152438
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図8に本発明に係るウレタン樹脂が有する特徴的な構造の一部を示す。すなわち、図8において、前記構造式(1)で示される構造と前記構造式(2)で示される構造とが隣接する2つのウレタン結合A1及びA2によって挟まれている。また、前記構造式(4)で示される構造が上記ウレタン結合A1およびA2とは異なる組み合わせに係る隣接する2つのウレタン結合B1およびB2によって挟まれている。なお、図8において、p、q、r、x、y、zおよびnは各々独立に正の整数を表す。
本発明に係るポリウレタン樹脂を含む表面層が、柔軟でありながらも、粗し粒子であるところのポリウレタン樹脂粒子の脱落を抑制できている理由は明らかではない。しかしながら、本発明に係る現像ローラと、本発明に係る構成を有しない現像ローラとを、長期に亘って電子写真画像の形成に用いたときの表面層の状態の観察の結果から、以下のように推測される。
すなわち、本発明に係る現像ローラも、本発明に係る構成を有しない現像ローラも、初期には、図5に示すように、表面には、樹脂粒子により由来する凸部が存在している。また、樹脂粒子はバインダー樹脂に覆われて表面層に保持されている。これらの現像ローラのいずれも使用に伴って樹脂粒子を覆っているバインダーは徐々に削れていく。
ところが、これらの現像ローラを長期に亘って使用し続けたときに、表面層からの樹脂粒子の脱落状況に明確な差異が現れた。すなわち、本発明に係る現像ローラにおいては、図6に示すように、樹脂粒子を被覆しているバインダー樹脂は削れているものの、樹脂粒子は、残されたバインダー樹脂によって表面層に確実に保持されており、表面層からの脱落が抑制されていた。
一方、本発明に係る構成を有しない現像ローラにおいては、図7に示したように、表面層からの多くの樹脂粒子の脱落が認められた。また、樹脂粒子が存在していた部分においては、バインダー樹脂が引きちぎられたような痕跡が認められた。また、そのような部分は樹脂粒子が脱落し、顕著にトナー融着が進行していることが分かった。
これらの実験事実から、本発明に係る樹脂を含む表面層は、樹脂粒子に外力が加わったときの樹脂粒子の保持能力が高いものと考えられる。その理由を本発明者らは以下のように推測している。
すなわち、本発明にかかるウレタン樹脂において、隣接する2つのウレタン結合の間に構造式(1)で示される構造と、構造式(2)で示される構造および構造式(3)で示される構造から選ばれる何れかまたは両方の構造とを有する部分(以下、「A部分」ともいう)は、従来のポリエーテルウレタンに比べ、側鎖にメチル基が導入されていることにより、結晶化しにくく柔軟である。また、側鎖にメチル基が導入されていることにより非常に低極性となっている。
一方、隣接する2つのウレタン結合の間に構造式(4)で示される構造を有する部分(以下、「B部分」ともいう)も非常に低極性である。よって、A部分とB部分とは、表面層中で相分離せず存在することが可能である。
さらに、B部分は結晶性を有する。その結果、隣接する2つのウレタン結合の間に構造式(1)で示される構造と、構造式(2)で示される構造および構造式(3)で示される構造から選ばれる何れかまたは両方の構造とを有する柔軟性の高いポリウレタン中に、隣接する2つのウレタン結合間に構造式(4)で示される構造を含む結晶性の高いポリウレタンがフィラーのような形で存在することとなり、バインダー樹脂全体として補強されているものと考えられる。その結果として、本発明に係る表面層は、柔軟であって、耐引き裂き性にも優れるものとなっているものと推測される。
このような作用により、樹脂粒子が形成する凸部のバインダー樹脂が長期間の画像出力により削られても、一部残されたバインダー樹脂により樹脂粒子を抑え込むようにして脱落を効果的に抑制していると考えられる。
本発明のバインダー樹脂であるポリウレタン樹脂は、構造式(1)の構造と、構造式(2)および(3)から選ばれる少なくとも一つの構造を有するポリエーテルジオール(A´)または該ポリエーテルジオールと構造式(4)の構造を有するポリオール(B´)とイソシアネート成分を反応させたものであることが好ましい。
(A´)は具体的にはテトラヒドロフランと3−メチル−テトラヒドロフランを開環共重合して得られるポリエーテルジオールである。(B´)は、具体的に主鎖が1,4結合主体のブタジエン構造のポリオールである。
ポリウレタン中の隣接する2つのウレタン結合の間には、構造式(1)の構造、および構造式(2)及び(3)から選ばれる少なくとも一つの構造以外に、本発明の効果が損なわれない程度に必要に応じてポリプロピレングリコール、脂肪族ポリエステルを含有してもよい。脂肪族ポリエステルとしては、1,4−ブタンジオール、3−メチル−1.5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコールの如きジオール成分、トリメチロールプロパンの如きトリオール成分と、アジピン酸、グルタル酸、セバシン酸等のジカルボン酸との縮合反応により得られる脂肪族ポリエステルポリオールが挙げられる。
これらのポリオ−ル成分は必要に応じてあらかじめ2,4−トリレンジイソシアネート(TDI)、1,4ジフェニルメタンジイソシアネ−ト(MDI)、イソホロンジイソシアネ−ト(IPDI)の如きイソシアネートにより鎖延長したプレポリマーとしてもよい。
これらのポリオ−ル成分と反応させるイソシアネ−ト化合物としては、特に限定されるものではないが、エチレンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)の如き脂肪族ポリイソシアネート、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、シクロヘキサン1,3−ジイソシアネート、シクロヘキサン1,4−ジイソシアネートの如き脂環式ポリイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート(TDI)、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、ポリメリックジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネートの如き芳香族イソシアネート及びこれらの共重合物やイソシアヌレート体、TMPアダクト体、ビウレット体、そのブロック体を用いることができる。
この中でもトリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ポリメリックジフェニルメタンジイソシアネートの如き芳香族イソシアネートがより好適に用いられる。
また、これらのイソシアネート成分についても、あらかじめポリオールにより鎖延長したプレポリマーとしてもよい。A)の構造を有するポリオールを用いてイソシアネートを変性させたイソシアネート基末端プレポリマーとして使用する場合、プレポリマーの数平均分子量としては10000以上15000以下が好ましい。
また、イソシアネート基末端プレポリマーとして使用する際は、プレポリマーのイソシアネート含有量が3.0から5.0質量%の範囲にあることが好ましい。
ポリオール成分と反応させるイソシアネート成分の混合比は、ポリオールの水酸基1.0に対してイソシアネート基の比率が1.1から4.0の範囲であることが好ましい。
本発明のポリウレタン樹脂粒子はガラス転移温度が低めであることが好ましく、具体的には−35℃以下であることが好ましい。ポリウレタン樹脂粒子のガラス転移温度が低めであると、低温でもポリウレタン樹脂粒子は硬くなりにくく、低温での表面層の硬度上昇を抑制できる。また、ポリウレタン樹脂粒子が柔らかいと応力を吸収し、バインダー樹脂の削れを抑制できる。
本発明のポリウレタン樹脂粒子を構成する材料としては、3−メチル−1,5−ペンタンジオールとアジピン酸を用いることが好適である。
また、本発明のポリウレタン樹脂粒子はシリカ微粒子によって表面が被覆されていることが好ましい。シリカ微粒子が被覆することにより、バインダー樹脂の引き裂きがより抑制され、粒子の脱落を更に抑制することが可能となる。この理由については、シリカ微粒子に被覆されていることにより、ポリウレタン樹脂粒子周りのバインダー樹脂がシリカ微粒子により補強される為と思われる。
ポリウレタン樹脂粒子に対するシリカ微粒子の被覆方法は公知の被覆方法を用いることができる。被覆に用いられる装置としては、従来の混合装置、例えばダブルコン・ミキサー、V型ミキサー、ドラム型ミキサー、スーパーミキサー、ヘンシェルミキサー、ナウターミキサー等を用いることができる。
また、シリカ微粒子はポリウレタン樹脂粒子表面に付着した状態であることが好ましい。ポリウレタン樹脂粒子表面にシリカ微粒子が付着し、シリカ微粒子が露出した状態にあることにより、ポリウレタン樹脂粒子がバインダー樹脂中に分散しやすくなる。
また、本発明のポリウレタン樹脂粒子の平均粒子径は、1〜30μmに制御することが好ましいが、より好ましくは、3〜15μmである。本発明の樹脂粒子の平均粒子径が1μm以上であると、現像ローラの表面に適度に凹凸が形成され、適正な濃度の画像を形成することが出来る。
また、樹脂粒子の平均粒子径が30μm以下であると粒子脱落を抑制することが可能となる。被覆層中に含有されている樹脂粒子の平均粒子径は、層の断面を顕微鏡等で観察することにより簡易的に求める事もできる。
本発明のポリウレタン樹脂粒子の含有量は質量割合として20〜100質量%が好ましい。この範囲にすることで、画像濃度と粒子脱落の抑制を両立することが出来る。また、現像ローラの搬送性向上とポリウレタン樹脂粒子脱落を考慮すると50〜80質量%がより好ましい。
表面層4は導電性を有することが好ましい。導電性の付与手段としてはイオン導電剤や導電性微粒子の添加が挙げられるが、安価であり抵抗の環境変動が少ない導電性微粒子が好適に用いられ、また導電付与性と補強性の観点からカーボンブラックが特に好ましい。 該導電性微粒子の性状としては、一次粒子径18nm以上50nm以下、かつDBP吸油量が50ml/100g以上160ml/100g以下であるカーボンブラックであると、導電性、硬度、分散性のバランスが良好であり好ましい。導電性微粒子の含有率は、表面層を形成する樹脂成分100質量部に対して10質量%以上30質量%以下であることが好ましい。
表面層4の厚みはポリウレタン樹脂粒子の粒径以上であることが好ましい。この範囲にすることにより、バインダー樹脂によりポリウレタン樹脂粒子を被覆・保持しやすくなる。
表面層4の形成方法としては特に限定されるものではないが、塗料によるスプレー、浸漬、又はロールコートが挙げられる。浸漬塗工は、特開昭57−5047号公報に記載されているような浸漬槽上端から塗料をオーバーフローさせる方法は、表面層を形成する方法として簡便で生産安定性に優れている。
図2は浸漬塗工装置の概略図である。26は円筒形の浸漬槽であり、現像ローラ外径よりわずかに大きな内径を有し、現像ローラの軸方向の長さより大きな深さを有している。浸漬槽26の上縁外周には環状の液受け部が設けられており、撹拌タンク28と接続されている。また浸漬槽26の底部は撹拌タンク28と接続されている。撹拌タンク28の塗料は、液送ポンプ27によって浸漬槽26の底部に送り込まれる。浸漬槽の上端部からは、塗料がオーバーフローしており、浸漬槽26の上縁外周の液受け部を介して撹拌タンク28に戻る。弾性層3を設けた芯体2は昇降装置29に垂直に固定され、浸漬槽26中に浸漬し、引き上げることで表面層4を形成する。
(電子写真画像形成装置)
本発明の電子写真画像形成装置の一例を図3に示す。図3において、イエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナーの各色トナー毎に設けられる画像形成ユニットa〜dが設けられる。各画像形成ユニットa〜dには、それぞれ矢印方向に回転する静電潜像担持体としての感光体5が設けられる。各感光体5の周囲には、感光体5を一様に帯電するための帯電装置11、一様に帯電処理した感光体5にレーザー光10を照射して静電潜像を形成する不図示の露光手段、静電潜像を形成した感光体5にトナーを供給し静電潜像を現像する現像装置9が設けられる。
一方、給紙ローラ23により供給される紙等の記録材22を搬送する転写搬送ベルト20が駆動ローラ16、従動ローラ21、テンションローラ19に懸架されて設けられる。転写搬送ベルト20には吸着ローラ24を介して吸着バイアス電源25の電荷が印加され、記録材22を表面に静電気的に付着させて搬送するようになっている。
各画像形成ユニットa〜dの感光体5上のトナー像を、転写搬送ベルト20によって搬送される記録材22に転写するための電荷を印加する転写バイアス電源18が設けられる。転写バイアスは転写搬送ベルト20の裏面に配置される転写ローラ17を介して印加される。各画像形成ユニットa〜dにおいて形成される各色のトナー像は、各画像形成ユニットa〜dに同期して可動される転写搬送ベルト20によって搬送される記録材22上に、順次重畳して転写されるようになっている。
更に、カラー電子写真画像形成装置には、記録材22上に重畳転写したトナー像を加熱などにより定着する定着装置15、画像形成された記録材22を装置外に排出する搬送装置(不図示)が設けられる。
一方、各画像形成ユニットには各感光体5上に転写されずに残存する転写残トナーを除去し表面をクリーニングするクリーニングブレードを有するクリーニング装置12が設けられる。クリーニングされた感光体5は画像形成可能状態とされて待機するようになっている。
上記各画像形成ユニットに設けられる現像装置9には、一成分現像剤として非磁性現像剤を収容した現像剤容器7と、現像剤容器7の開口を閉塞するように設置され、現像剤容器から露出した部分で感光体と対向するように現像ローラ1が設けられる。
現像剤容器7内には、現像ローラ1にトナーを供給すると同時に、現像後現像ローラ1上に使用されずに残留するトナーを掻き取るための現像剤供給ローラ6と、現像ローラ1上のトナーを薄膜状に形成すると共に、摩擦帯電する現像剤量規制部材8とが設けられている。これらはそれぞれ現像ローラ1に当接配置されている。現像剤量規制部材8には現像剤量規制部材バイアス電源13が接続され、現像ローラ1には現像ローラバイアス電源14が接続され、画像形成時において、現像剤量制部材8と現像ローラ1にはそれぞれ電荷が印加される。現像剤量規制部材バイアス電源13から出力される電圧は現像ローラバイアス電源14から出力される電圧より50V乃至400V低い電圧が出力される。
(電子写真プロセスカートリッジ)
また、本発明の電子写真プロセスカートリッジの一例を図4に示す。図4に示す電子写真プロセスカートリッジは、現像装置9と、感光体5、クリーニング装置12を有し、これらが一体化されて電子写真画像形成装置本体に着脱可能に設けられる。現像装置9としては電子写真画像形成装置で説明したものと同様のものを挙げることができる。本発明の電子写真プロセスカートリッジは、上記の他、感光体5上のトナー像を記録材22に転写する転写部材などを上記の部材と共に一体的に設けたものであってもよい。
(ポリウレタン樹脂粒子の製造例)
(ポリウレタン樹脂粒子1の製造)
攪拌機が付属している容量が2リットルのセパラブルフラスコに水900質量部を仕込み、この中に「メトローズ90SH−100」(商品名、信越化学工業社製)30質量部を溶解して分散媒を調製した。
更に、3−メチル−1,5−ペンタンジオールとアジピン酸とを反応させて得たポリエステルポリオール「クラレポリオールP−6010」(商品名、株式会社クラレ製)200質量部、ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート型ポリイソシアネート120g、メチルエチルケトン(MEK)100質量部、およびジブチル錫ジラウレート0.003質量部を混合して、ポリウレタン樹脂粒子原材料を調製した。
前記分散媒を600rpmで攪拌しながら、前記原材料を加え、懸濁液を調製した。次いで、攪拌継続下に懸濁液を60℃に昇温し、5時間反応させた後、室温まで冷却し、固液分離し、水で充分洗浄した後、70℃で20時間乾燥して、平均粒子径10μm、ガラス転移温度−52℃のポリウレタン樹脂粒子1を得た。
(ポリウレタン樹脂粒子2の調製)
100質量部のポリウレタン樹脂粒子1に対して、シリカ微粒子(商品名:OX50、日本アエロジル社製)を1.0質量部を外添してポリウレタン樹脂粒子2を得た。外添は、ヘンシェルミキサー(三井三池社製)を用いて3000回転/分で15分間処理することにより行った。
(ポリウレタン樹脂粒子3の調製)100質量部のポリウレタン樹脂粒子1に対して、シリカ微粒子(商品名:OX50、日本アエロジル社製)を4.5質量部を外添してポリウレタン樹脂粒子3を得た。外添は、ポリウレタン樹脂粒子2の調製と同様にして行った。
(イソシアネート基末端プレポリマーの製造例)
(イソシアネート基末端プレポリマーAの合成)
窒素雰囲気下、反応容器中でポリメリックMDI(商品名:コスモネートMDI、三井化学社製)80.0質量部に対し、構造式(1)で示される構造と、構造式(2)で示される構造および構造式(3)で示される構造から選ばれる一方または両方の構造を有するポリオール(商品名:PTG−L2000,保土谷化学製)200.0質量部を反応容器内の温度を65℃に保持しつつ、徐々に滴下した。滴下終了後、温度65℃で2時間反応させた。得られた反応混合物を室温まで冷却し、イソシアネート基含有量3.8%のイソシアネート基機末端ウレタンプレポリマーA(以下、「イソシアネートA」ともいう)を230質量部得た。
(イソシアネート基末端プレポリマーBの合成)
窒素雰囲気下、反応容器中でトリレンジイソシアネート(商品名:コスモネート80、三井化学社製)70.4質量部に対し、ポリプロピレングリコール系ポリオール(商品名:エクセノール1030、三洋化成工業社製)200.0質量部を反応容器内の温度を65℃に保持しつつ、徐々に滴下した。滴下終了後、温度65℃で2時間反応させた。得られた反応混合物を室温まで冷却し、イソシアネート基含有量4.9%のイソシアネート基機末端ウレタンプレポリマーB(以下、「イソシアネートB」ともいう)を248質量部得た。
(イソシアネート基末端プレポリマーCの合成)
窒素雰囲気下、反応容器中でポリメリックMDI(商品名:コスモネートMDI、三井化学社製)80.0質量部に対し、構造式(1)で示される構造を有するポリオール(商品名:PTG2000,保土谷化学製)180.0質量部を反応容器内の温度を65℃に保持しつつ、徐々に滴下した。滴下終了後、温度65℃で2時間反応させた。得られた反応混合物を室温まで冷却し、イソシアネート基含有量3.9%のイソシアネート基機末端ウレタンプレポリマーC(以下、「イソシアネートC」ともいう)を250質量部得た。
(現像ローラの製造例)
(実施例1)
<軸芯体2の製造>
軸芯体2として、外径6mm、長さ280mmのSUS304製の軸芯体にプライマー(商品名:DY35−051;東レダウコーニング社製)を塗布、焼付けしたものを用意した。
<弾性層3の製造>
ついで、軸芯体2を金型に配置し、以下の材料を混合した付加型シリコーンゴム組成物を金型内に形成されたキャビティに注入した。
・液状シリコーンゴム材料(商品名:SE6724A/B;東レ・ダウコーニング社製)100質量部、
・カーボンブラック(商品名:トーカブラック#7360SB;東海カーボン社製)35質量部、
・シリカ粉体 0.2質量部、
・白金触媒 0.1質量部。
続いて、金型を加熱してシリコーンゴムを150℃、15分間加硫硬化し、脱型した後、さらに180℃、1時間加熱し硬化反応を完結させ、軸芯体2の外周に厚さ3mmの弾性層3を設けた。
<表面層4の製造>
表面層4の材料として、構造式(4)の構造を有するポリオール(商品名:Poly Bd R−15HT、分子量1200、出光興産製)40.0質量部と、構造式(1)で示される構造と、構造式(2)で示される構造および構造式(3)で示される構造から選ばれる一方または両方の構造式を有するポリオール(商品名:PTG−L2000、分子量2000、保土谷化学製)、イソシアネート基末端プレポリマーA100質量部、カーボンブラック(商品名:MA230、三菱化学社製)36.0質量部を撹拌混合した。その後、総固形分比30質量%になるようにメチルエチルケトンに溶解、混合の後、サンドミルにて均一に分散した。
上記原料混合液の固形分量100質量部に対しポリウレタン樹脂粒子3を70.0質量部加え、さらにボールミルで撹拌分散して表面層形成用塗料を得た。更に、この表面層形成用塗料を粘度10〜13cpsになるようメチルエチルケトンで希釈後、前記弾性層上に塗工した。塗工には図2に示す液循環型浸漬塗工装置を用いた。図2中の26は円筒形の浸漬槽であり、現像ローラ外径よりわずかに大きな内径を有し現像ローラの軸方向の長さより大きな深さを有している。浸漬槽26の上縁外周には環状の液受け部が設けられており、撹拌タンク28と接続されている。また浸漬槽26の底部は撹拌タンク28と接続されている。撹拌タンク28の塗料は、液送ポンプ27によって浸漬槽26の底部に送り込まれる。浸漬槽の上端部からは、塗料がオーバーフローしており、浸漬槽26の上縁外周の液受け部を介して撹拌タンク28に戻る。弾性層3を設けた軸芯体2は昇降装置29に垂直に固定され、浸漬槽26中に浸漬し、引き上げることで弾性層3上に塗料が塗工される。塗工した塗料を乾燥させた後、温度150℃にて1時間加熱処理することで弾性層外周に膜厚20μmの表面層4を設け、実施例1の現像ローラを得た。得られた現像ローラを観察すると、ポリウレタン樹脂粒子により形成された凹凸が観察された。
(実施例2〜8)
ポリオール、イソシアネート、ポリウレタン樹脂粒子を表1のとおりに変更した以外は、実施例1と同様の方法で実施例2〜8の現像ローラを得た。なお、表中の材料の詳細は以下のとおりである。
「PTG−L1000」(商品名):構造式(1)で示される構造と、構造式(2)で示される構造および構造式(3)で示される構造から選ばれる一方または両方の構造式を有するポリオール(分子量1000、保土谷化学製);
「PTG−L3000」(商品名):構造式(1)で示される構造と、構造式(2)で示される構造および構造式(3)で示される構造から選ばれる一方または両方の構造式を有するポリオール(分子量3000、保土谷化学製);
「Poly Bd R−45HT」(商品名):構造式(4)の構造を有するポリオール:分子量2800、出光興産製)。
なお、上記「Poly Bd R−15HT」および「Poly Bd R−45HT」は共に下記式で示される構造を有する水酸基末端液状ポリブタジエン化合物である。
Figure 2013152438
上記式中、x、y、zおよびnは各々独立して1以上の整数を表す。
(実施例9、10)
ポリウレタン樹脂粒子を表1のとおりに変更した以外は実施例1と同様の方法で実施例9,10の現像ローラを得た。
(比較例1、2)
ポリオール、イソシアネート、ポリウレタン樹脂粒子を表1のとおりに変更した以外は、実施例1と同様の方法で比較例1、2の現像ローラを得た。
Figure 2013152438
*「PTG2000」(商品名、保土谷化学社製)は、構造式(1)で示される構造のみを有する、分子量が2000のポリオールである。
[評価]
各実施例および各比較例にて製造した現像ローラを以下の手順により評価した。
まず、初めに表面観察を行い現像ローラの表面の状態を確認した。
次に、現像ローラを装着した電子写真画像形成装置を用いて画像出力評価を行い、現像ローラの画像性能を確認した。
最後に、再び現像ローラの表面観察を行い、画像出力評価後の表面観察結果を比較することで、画像出力評価によって現像ローラの表面がどのようになったのか確認した。
次に、これらの内容の具体的な方法を述べる。
(評価1−1;初期状態の現像ローラの表面観察)
後述する電子写真画像の出力試験に供する前の、新品の現像ローラの表面をレーザー顕微鏡(商品名:VK−8700、キーエンス社製、対物レンズの倍率:50倍)を用いて観察し、現像ローラ表面の250μm×200μmの長方形の領域内の、樹脂粒子に起因する凸部の数をカウントした。
(評価2;電子写真画像の出力試験)
電子写真画像形成装置として、図3に示す構成を有するレーザープリンタ(商品名:CLJ CP4525、ヒューレット・パッカード社製)を用意した。当該レーザープリンタ用のプロセスカートリッジに評価対象の現像ローラを組み込んだ。次いで、このプロセスカートリッジに上記レーザープリンタに装填し、環境温度15℃、相対湿度10%の低温低湿環境下で、24時間静置した。
その際、現像剤量規制部材の現像ローラに対する線圧を50gf/cmと、通常の値とよりも高く設定した。次に42枚/分のプロセス速度で電子写真画像を40000枚出力した。
ここで、電子写真画像は、レターサイズの紙(商品名:「Business Multipurpose 4200」、XEROX社製)上に、サイズが4ポイントのアルファベット「E」の文字が、印字率0.5%となるように印字されてなる画像とした。また、印字モードは、レターサイズの紙を1枚出力する毎に、電子写真感光体の回転を1度停止させ、1枚の出力を10秒かけて行う間欠モードとした。
その後、印字濃度25%のハーフトーン画像を出力し、この画像を目視にて観察し、現像ローラの表面の樹脂粒子の脱落部分へのトナー融着に起因する電子写真画像へのドット状の欠陥の有無、およびその程度を下記の基準に基づき評価した。
A:現像ローラ表面の粒子脱落部分へのトナー融着に起因する画像欠陥が認められない。
B:現像ローラ表面の粒子脱落部分へのトナー融着に起因するドット状の欠陥がわずかに観察される。
C:現像ローラ表面の粒子脱落部分へのトナー融着に起因するドット状の欠陥が観察される。
D:現像ローラ表面の粒子脱落部分へのトナー融着に起因するドット状の欠陥が明瞭に観察される。
(評価1−2;画像出力後の現像ローラの表面観察)
上記評価2に係る電子写真画像の形成に供した現像ローラをプロセスカートリッジから取り出し、現像ローラの表面に付着しているトナーをエアーブローにより除去した。次いで、評価1にて観察した領域と同じ領域を、評価1と同様にして観察し、現像ローラ表面から脱落した樹脂粒子の数をカウントし、評価1でカウントした樹脂粒子由来の凸部の数に対する脱落した樹脂粒子の数の割合、すなわち、樹脂粒子の脱落率(=脱落した樹脂粒子の数×100/初期状態の現像ローラ表面の樹脂粒子由来の凸部の数)を算出し、以下の基準により評価した。
A:樹脂粒子の脱落率が0%。即ち、評価2に係る電子写真画像の形成によっても現像ローラの表面からの樹脂粒子の脱落が認められない。
B:樹脂粒子の脱落率が、0%超、5%未満。
C:樹脂粒子の脱落率が、5%超、10%未満。
D:樹脂粒子の脱落率が、10%超。
画像評価結果及び現像ローラ表面観察結果を表2に示す。
Figure 2013152438
実施例1〜8より本発明のポリウレタン樹脂バインダー構造を有する本発明のウレタン樹脂構造を有さない比較例1、2と比較して、粒子脱落の発生が抑えられ、トナー融着要因の異常画像が少なく、実用上問題のないものであることがわかる。また、実施例1,9,10よりポリウレタン樹脂粒子にシリカを適量被覆した場合には、更に良好な結果が得られた。また、比較例2は粒子脱落は抑制されているものの、現像ローラ上のトナーフィルミングにより画像悪化が見られた。
1‥‥現像ローラ
2‥‥導電性軸芯体
3‥‥弾性層
4‥‥ポリウレタン表面層

Claims (4)

  1. 基体と表面層とを有する現像部材であって、
    該表面層は、バインダー樹脂としてのポリウレタン樹脂及び該バインダー樹脂中に分散しているポリウレタン樹脂粒子を含有し、
    該バインダー樹脂としてのポリウレタン樹脂は、
    隣接する2つのウレタン結合の間に、
    下記構造式(1)で示される構造と、
    下記構造式(2)で示される構造および下記構造式(3)で示される構造から選ばれる何れか一方または両方の構造とを有し、かつ、
    隣接する2つのウレタン結合の間に、
    下記構造式(4)で示される構造を有するものであることを特徴とする現像部材:
    Figure 2013152438
    Figure 2013152438
    Figure 2013152438
    Figure 2013152438
  2. 前記ポリウレタン樹脂粒子は、シリカ微粒子によって表面が被覆されていることを特徴とした請求項1に記載の現像ローラ。
  3. 請求項1または2に記載の現像ローラを具備していることを特徴とする電子写真装置。
  4. 請求項1または2に記載の現像ローラを具備し、電子写真装置の本体に着脱可能に構成されていることを特徴とするプロセスカートリッジ。
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