JP2020197665A - 現像ローラ、現像装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、弾性層を薄膜化すると、弾性層の復元性が悪く、長期保存後に表面に凹みが生じ、次に始動させたときに画像に横筋が発生するという問題がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高品質な画像を形成できる軽量化された現像ローラ、現像装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
本発明の現像ローラ1Aは、図1及び図2に示すように、中空シャフト10と、中空シャフト10の外周に設けられた弾性層20とを備えた現像ローラであって、弾性層20は、ウレタン樹脂、復元性粒子21及び導電性付与剤を含有し、1mm未満の厚さを有するものである。
以下、本発明の現像ローラ1Aの構成について説明する。
中空シャフト10は、筒状体と筒状体の中心軸上に軸体とを備えたものであればよく、公知のものを用いることができる。例えば、図2に示すように、筒状のシャフト本体11と、シャフト本体11の両端部に嵌入される2つのシャフト端部12とを備える中空シャフト10が挙げられる。
図2に示されるように、シャフト本体11は、その両端部に開口(以下、両端開口部と称する。)を有し、かつ、シャフト端部12とともに嵌合部15を形成するように、所定の位置から両端開口部までの領域における内径が拡径された円筒体を成し、その外表面の一部又は全部に後述する弾性層20が形成される。
シャフト端部12は、シャフト本体11の両端部(両端開口部)に嵌入されることにより、シャフト本体11の両端部を閉塞する。シャフト端部12は、シャフト本体11を一体に支持すると共に、図示しないローラの駆動機構で生じる駆動力をシャフト本体11に伝達し、シャフト本体11を回転駆動させる。このシャフト端部12は、導電特性を有していても有していなくてもよく、ローラの用途等に応じて導電特性の有無が決定される。
図2に示すように、弾性層20は、ウレタン樹脂、復元性粒子21及び導電性付与剤を含有し、1mm未満の厚さを有するものである。本発明における弾性層20は、復元性粒子21を含むため、厚みが1mm未満であっても、像担持体への当接又は圧接が良好になされ、長期保存後も凹みが生じることがなく高品質な画像を得ることができる。また、弾性層20を薄膜化できることにより、製造上簡便な工程で行うことができ、均一な膜質を得ることできるため、高品質な画像とコストの低減を実現することができる。
弾性層20の表面粗さRaは、2.3以下であることが好ましく、1.5以下であることがより好ましい。
なお、表面粗さRaは、後述の実施例で示す算術平均粗さの測定方法によって測定される値とする。
弾性層20に含有される復元性粒子21は、20%以上100%以下の復元率を有する。20%以上の復元率を有することで、復元性の高い弾性層20を得ることができる。復元率は25%以上100%以下であることが好ましく、30%以上100%以下であることがより好ましい。
復元性粒子21は、平均粒子径が1μm以上100μm以下であることが好ましく、1μm以上80μm以下であることがより好ましく、1μm以上50μm以下であることが更に好ましい。復元性粒子21の平均粒子径が、上記範囲内であることにより、弾性層20の弾性率をより高めることができる。
復元性粒子21の復元率は、例えば、以下の方法で測定することができる。
ダイナミック微小硬度計:DUH−211S(商品名)、島津製作所製
試料:ウレタン樹脂粒子
上部加圧圧子:20μm
測定モード:負荷及び除荷試験
最大試験力:9.810「mN」
最小試験力:0.49「mN」
負荷速度:0.7437「mN/sec」
負荷保持時間:3「sec」
次に、得られた平均を粒子径(d)、L1、L2から、試料の圧縮率及び復元率を次式で計算する。
圧縮率 Cr=L1/d×100(%)
復元率 Rr=L2/d×100(%)
弾性層20は、ウレタン樹脂、復元性粒子21及び導電性物質を含有するものである。
ウレタン樹脂を構成するウレタン樹脂としては、ポリエステルウレタン、アクリルウレタンであることが好ましい。
弾性層20は、上記復元性粒子21、(a)ポリオール、(b)イソシアネート、及び(c)導電性付与剤を含有する弾性層用樹脂組成物から形成することができる。
以下、弾性層用樹脂組成物の成分(a)〜(c)について説明する。
ポリオールは、ポリウレタンの調製に通常使用される各種のポリオールであればよく、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリアクリレートポリオール、ポリカーボネートポリオールから選択された少なくとも1種のポリオールであるのが好ましい。
ポリオールは、後述するイソシアネート等との相溶性に優れる点で、1000〜8000の数平均分子量を有するのが好ましく、1000〜5000の数平均分子量を有するのが更に好ましく、イオン液体が水酸基含有イオン液体である場合には、800〜15000の数平均分子量を有するのが好ましく、1000〜5000の数平均分子量を有するのが更に好ましい。数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による標準ポリスチレンに換算したときの分子量である。
イソシアネートは、ポリウレタンの調製に通常使用される各種イソシアネートであればよく、例えば、脂肪族イソシアネート、芳香族イソシアネート及びこれらの誘導体等が挙げられる。イソシアネートは、貯蔵安定性に優れ、反応速度を制御しやすい点で、脂肪族イソシアネートであるのが好ましい。
芳香族イソシアネートとしては、例えば、キシリレンジイソシアネート(XDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、トルエンジイソシアネート(トリレンジイソシアネートとも称する。TDI)、3,3’−ビトリレン−4,4’−ジイソシアネート、3,3’−ジメチルジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネートウレチジンジオン(2,4−TDIの二量体)、キシレンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート(NDI)、パラフェニレンジイソシアネート(PDI)、トリジンジイソシアネート(TODI)、メタフェニレンジイソシアネート等が挙げられる。
脂肪族イソシアネートとしては、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水添MDI)、オルトトルイジンジイソシアネート、リジンジイソシアネートメチルエステル、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ノルボルナンジイソシアネートメチル、トランスシクロヘキサン−1,4−ジイソシアネート、トリフェニルメタン−4,4’,4’’−トリイソシアネート等が挙げられる。
誘導体としては、ポリイソシアネートの多核体、ポリオール等で変性したウレタン変性物(ウレタンプレポリマーを含む)、ウレチジオン形成による二量体、イソシアヌレート変性物、カルボジイミド変性物、ウレトンイミン変性物、アロハネート変性物、ウレア変性物、ビュレット変性物等が挙げられる。ポリイソシアネートは、1種単独で又は2種以上を用いることができる。ポリイソシアネートは、500〜2000の分子量を有するのが好ましく、700〜1500の分子量を有するのがより好ましい。
ポリオールとポリイソシアネートとの混合物における混合割合は、特に限定されないが、通常、ポリオールに含まれる水酸基(OH)と、ポリイソシアネートに含まれるイソシアネート基(NCO)とのモル比(NCO/OH)が0.7以上1.15以下であるのが好ましい。このモル比(NCO/OH)は、ポリウレタンの加水分解を防止することができる点で、0.85以上1.10以下であるのがより好ましい。なお、実際には、作業環境、作業上の誤差を考慮して適正モル比の3倍から4倍相当量を配合してもよい。
(c)導電性付与剤としては、弾性層20に導電性を付与できる成分であればよく、例えば、金属、金属酸化物、導電性ポリマー等の導電性粉末、カーボンブラック、イオン導電材、界面活性剤等が挙げられる。
カーボンブラックは特に限定されず、例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラック、サーマルブラック等が好適に用いられる。カーボンブラックとしては、これらのうち1種を単独で用いてよく、2種以上を併用してもよい。
本発明の現像ローラは、図3の現像ローラ1Bに示すように、弾性層20の外周に被覆層30を有してもよい。被覆層30は、熱硬化性樹脂からなるものである。また、被覆層30は、弾性層20の外周であって、現像ローラ1Bの最表面に設けられ、現像剤を担持する役割を有する。
弾性層20を作製するための弾性層用樹脂組成物中の復元性粒子21の平均粒子径及び/又は含有量を調整することにより、弾性層20の表面に凹凸を形成することができ、その上に被覆層用樹脂組成物を塗工することにより、弾性層20の凹凸を反映した被覆層30を形成することができる。
なお、被覆層用樹脂組成物は、上記弾性層用樹脂組成物と同様の材料を用いることができる。
上記のようにして作製される被覆層30は、表面粗さRaが0.4以上2.3以下であることが好ましい。表面粗さRaは、0.4以上1.5以下であることがより好ましい。表面粗さRaが上記範囲であることにより、現像剤搬送性が向上し、一層優れた印字特性が得られる。
なお、表面粗さRaは、後述の実施例で示す算術平均粗さの測定方法によって測定される値とする。
本発明の現像ローラは、シャフト本体11と弾性層20との間、及び弾性層20と被覆層30との間に、接着層又はプライマー層等を備えていてもよい。ここで、これらの層のうち、特に、弾性層20と被覆層30の間に設けられる接着層及びプライマー層については、その電気的特性を調整することにより、現像ローラとしての電気的特性を調整することができ、これにより、現像ローラの現像性能を良好に調整することができる。
次に、本発明の現像装置及び画像形成装置の一実施形態について図8を参照して、説明する。
本発明の現像ローラは、現像装置及び画像形成装置における現像剤担持体として、好適に用いることができる。本実施形態において、画像形成装置における現像ローラ以外の構成は特に限定されない。
(中空シャフトの作製)
外径9.7±0.005mm、軸線方向の長さ12mmの嵌入部と、外径7.5mm、軸線方向の長さ23mmの支持軸とを有するシャフト端部をステンレス鋼(SUS 304)で作製した。また、外径11.5mm、厚さ1.3mm、軸線方向の長さ(Lg)235mmの円筒状を成し、内径9.7mm(公差:嵌入部の外径に対して、JIS B0401(1986)における「しばりばめ」の軸の公差域クラス「P6」)の内径拡径領域(軸線方向の長さ12mm)を両端部に形成したシャフト本体をアルミニウムで作製した。次いで、シャフト本体の両端部それぞれにシャフト端部の嵌入部を嵌入して、中空シャフトを作製した。
このようにして作製した中空シャフトに対して、エタノールで洗浄し、その表面にシリコーン系プライマー(商品名「プライマーNo.16」、信越化学工業株式会社製)を塗布した。プライマー処理した中空シャフトを、ギヤオーブンを用いて、150℃の温度にて10分焼成処理した後、常温にて30分以上冷却し、中空シャフトの表面にプライマー層を形成した。
次に、以下の材料から弾性層用樹脂組成物を調製した。
・ウレタン樹脂(スーパーフレックスE−2000、第一工業製薬(株)製)
100質量部
・硬化剤(エラストロンBN11、第一工業製薬株式会社製) 10質量部
・復元性粒子(XX−4132Z、復元率33%、φ10μm 積水化成品工業製)
40質量部
・水分散カーボン(導電剤) 5質量部
次に、弾性層用樹脂組成物を上記シャフト上に塗布し、160℃30分乾燥し、弾性層を厚み100μmにて形成した。
このようにして、表面粗さ Ra=1.0の実施例1の現像ローラを得た。
(弾性層の形成)
水分散カーボンに代えて、イオン導電材(EF−112N)を0.5質量部用いた以外は、実施例1と同様に弾性層を形成した。
(被覆層の形成)
次に、以下の材料で被覆層用樹脂組成物を調製し、実施例1で得られた弾性層の表面にスプレーコーティング法によって塗布し、160℃で30分間加熱して、層厚10μmの被覆層を形成した。このようにして実施例2の現像ローラを製造した。
被覆層用樹脂組成物に使用するポリエステルポリオールを次のようにして合成した。すなわち、冷却管、温度計、水分受、窒素導入管及び減圧装置がセットされたセパラブルフラスコに、1,6−ヘキサンジオール709質量部及び1,2,4−ブタントリオール212質量部、アジピン酸472質量部及びイソフタル酸498質量部、p−トルエンスルホン酸0.5質量部、トルエン50質量部を仕込み、窒素を流しながら180℃に2時間かけて加温し、攪拌した。加温中に、全体が溶融混合し均一となって、水とトルエンとの混合物が流出してきた。180℃まで昇温後に同温度で2時間脱水縮合させた。次いで、フラスコ内の圧力を20mmHgまで徐々に減圧し、この圧力で1時間かけてトルエンを留去しつつ、引き続き脱水縮合を行った。その後冷却してポリエステルポリオールを得た。
・上記で作製したポリエステルポリオール 28質量部
・ヘキサメチレンジイソシアネート(商品名「デュラネートE402−80B」、旭化成株式会社製) 20質量部
・フッ素系表面調整剤 0.05質量部
・ジブチル錫ジウラウレート(商品名「ジ−n-ブチルすずジウラウレート」、昭和化学株式会社製) 0.03質量部
・シリカ(4.4μm商品名:ACEMATT OK−607 エボニックデグサ製)
3質量部
(ポリウレタン調整成分100質量部に対して9.5質量部)
・カーボンブラック(商品名「トーカブラック#5500」、東海カーボン株式会社製)
1質量部
・イオン導電材(EF−112N 三菱電子化成マテリアル製) 0.2質量部
(弾性層の形成)
ウレタン樹脂としてスーパーフレックスE−2000のかわりにE−4800(第一工業製薬株式会社)用い、復元性粒子の配合量を30質量部とし、導電性付与剤として、カーボンブラック2質量部及びイオン導電材(EF−112N)を0.5質量部用いた以外は、実施例1と同様に弾性層を形成した。
(被覆層の形成)
実施例2と同様に被覆層を形成し、現像ローラを製造した。
(弾性層の形成)
以下の材料から弾性層用樹脂組成物を調製し、実施例1と同様に弾性層を形成した。
・上記で作成したポリエステルポリオール 28質量部
・イソシアネート(E402−80B 旭化成株式会社製) 20質量部
・復元性粒子(XX−4132Z、復元率33%、φ10μm 積水化成品工業製)
20質量部
・カーボンブラック(商品名「トーカブラック#5500」、東海カーボン株式会社製)
1質量部
・イオン導電材(EF−112N) 0.5質量部
シリカを復元性粒子(XX−4132Z)1質量部に代えた以外は実施例3と同様に被覆層を形成した。
復元性粒子(XX−4132Z)の代わりにウレタンC−600(商品名、復元率14%、根上工業株式会社製)を使用した以外は、実施例1と同様に現像ローラを作製した。
(弾性層の形成)
復元性粒子(XX−4132Z)の代わりにウレタンC−600(商品名、復元率14%、根上工業株式会社製)を使用し、カーボンブラックの量を2質量部にした以外は、実施例4と同様に弾性層を形成した。
(被覆層の形成)
実施例2と同様に被覆層を形成した。
(算術平均粗さRaの測定方法)
上記のようにして作製された現像ローラについて、JIS B0601−2001に基づき、表面粗さ計(商品名「サーフコム 1400G」、株式会社東京精密製)により算術平均粗さRaを測定した。
画像形成装置C610dn2(型番、株式会社沖データ製)を用意し、この画像形成装置の現像ローラを作製した各実施例及び各比較例の現像ローラに差し替えて、50℃60%RHで1か月保存後、3時間室温で放置し、プリンターに組み込み印字した。
評価結果を表1に示す。なお、表1中、弾性層、及び被覆層数値の単位は質量部である。
A:初期印字で横筋発生しない
B:印字20枚までに横筋は見えなくなる
C:初期印字から横筋が発生し、20枚印字後も横筋が見える
また、実施例2、3及び4から、復元性粒子の量が多い程、保存性が良く高品質な画像を得ることができる。
11 シャフト本体
12 シャフト端部
13 嵌入部
15 篏合部
31 表面粗さ材
41 圧子
42 試料台
100 画像形成装置
111B、111C、111M、111Y 像担持体
112B、112C、112M、112Y 帯電手段
113B、113C、113M、113Y 露光手段
114B、114C、114M、114Y 転写手段
115B、115C、115M、115Y クリーニング手段
116 記録体
120B、120C、120M、120Y 現像装置
121B、121C、121M、121Y、134 筐体
122B、122C、122M、122Y 現像剤
123B、123C、123M、123Y 現像剤担持体
124B、124C、124M、124Y 現像剤量調節手段
125B、125C、125M、125Y トナー供給ローラ
130 定着手段
131 定着ローラ
132 加圧ローラ
133 無端ベルト支持ローラ
135 開口部
136 無端ベルト
141 カセット
142 支持ローラ
146 転写搬送ベルト
B、C、M、Y 現像ユニット
Claims (7)
- 中空シャフトと、該中空シャフトの外周に設けられた弾性層とを備えた現像ローラであって、
前記弾性層が、ウレタン樹脂、復元性粒子及び導電性付与剤を含有し、1mm未満の厚さを有する現像ローラ。 - 前記復元性粒子の復元率が、20%以上100%以下である請求項1記載の現像ローラ。
- 前記復元性粒子の配合量が、前記ウレタン樹脂に対して1質量%以上60質量%以下である請求項1又は2記載の現像ローラ。
- 前記弾性層の外周に被覆層を有する請求項1から3いずれか1項記載の現像ローラ。
- 前記被覆層の厚みが、15μm以上500μm以下である請求項4記載の現像ローラ。
- 請求項1から5いずれか1項記載の現像ローラを備えた現像装置。
- 請求項1から5いずれか1項記載の現像ローラを備えた画像形成装置。
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