JP5396540B2 - 電子写真機器用現像ロール - Google Patents

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Description

本発明は、電子写真機器用現像ロールに関するものである。
近年、電子写真方式を採用する複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真機器が広く使用されている。これら電子写真機器では、一般に、感光ドラム等の潜像担持体に潜像を形成し、この潜像にトナーを付着させて現像してトナー像として可視化する。そして、このトナー像を用紙等の記録媒体に転写することで画像が形成される。
このような電子写真機器において、潜像を現像する現像部材としては、従来、現像ロールが広く用いられている。この種の現像ロールの構成としては、軸体の外周面に1層または2層からなるゴム弾性層、ゴム弾性層の外周面に表層が形成されたもの等が知られている。
例えば、特許文献1には、軸体の外周に弾性層を有する現像ロールにおいて、弾性層の材料として、カーボンブラックを分散させた液状シリコーンゴム組成物を用いる点が開示されている。
また例えば、特許文献2には、軸体の外周に、導電剤として特定のイオン液体を含有するゴム状弾性体からなる導電性ゴム部材を形成してなる現像ロールが開示されている。
特許第4200625号 特許第4193193号
しかしながら、従来の現像ロールは以下の点で改良の余地があった。すなわち、特許文献1の現像ロールは、弾性層の主材料として液状シリコーンゴムを用いているので、低硬度であり、良好な耐ヘタリ性を示す。しかし、導電剤として電子導電系のカーボンブラックを分散させているので、カーボンブラックの分散度によって抵抗均一性が左右される。また、マトリクスポリマーである液状シリコーンゴムは絶縁性であるので、分子レベルの導電経路が確保されず、電気的応答性に劣る。
一方、特許文献2の現像ロールは、イオン液体を用いているので、抵抗均一性には優れるものの、導電形態がイオン導電であるので、十分に低抵抗化を図ることができない。また、イオン液体の配合量によってはブリード、ブルームのおそれもある。
また、この種の現像ロールには、良好な電荷減衰性を有することが要求される。なぜなら、ロールの周方向または長手方向において電荷の減衰性に差があると、トナー保持力に差が生じ、画像の濃度ムラにつながるからである。さらに、電荷の減衰性が低いと、トナー供給ロール等によるトナーのクリーニング性が悪化し、その結果、トナーフィルミングが生じやすくなって、荷電性の低下からカブリ濃度が高くなるといった問題が生じるからである。ところが、従来の現像ロールは、電荷減衰性が十分ではなかった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、ブリード・ブルーム等が生じることなく、低硬度、低ヘタリ、低抵抗化を図ることができ、さらに均一な体積抵抗が得られ、電荷減衰性にも優れた電子写真機器用現像ロールを提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明に係る電子写真機器用現像ロールは、軸体と、上記軸体の外周に形成されたゴム弾性層とを有し、上記ゴム弾性層は、液状またはミラブルシリコーンゴムと、架橋剤と、電子導電剤と、イオン液体とを含む組成物の架橋体から形成されており、上記組成物は、上記液状またはミラブルシリコーンゴムおよび架橋剤の総量100質量部に対して、上記イオン液体を0.1〜5.1質量部の範囲内で含有することを要旨する。
ここで、電子写真機器用現像ロールは、上記ゴム弾性層の外周に表層を有し、上記ゴム弾性層の表面に形成された表面凹凸に起因して上記表層の表面に表面凹凸が形成されている、もしくは、上記表層に添加された粗さ形成粒子に起因して上記表層の表面に表面凹凸が形成されていることが好ましい。
そして、本発明に係る電子写真機器用現像ロールにおいては、上記イオン液体が分子構造中にアルコキシシリル基を有するものであることが好ましい。
また、本発明に係る電子写真機器用現像ロールにおいては、印加時における上記ゴム弾性層の残留電荷が15V以下であり、印加停止から1秒後における上記ゴム弾性層の電荷減衰率が80%以上であることが好ましい。
また、本発明に係る電子写真機器用現像ロールにおいては、上記ゴム弾性層の長手方向の抵抗ムラが1桁以内であることが好ましい。
本発明に係る電子写真機器用現像ロールは、ゴム弾性層を構成するマトリクスポリマーがシリコーンゴムであるので、低硬度、低ヘタリなゴム弾性層が得られる。また、ゴム弾性層中に電子導電剤が分散されているので、ゴム弾性層の体積抵抗が下がり、低抵抗化を図ることができる。また、ゴム弾性層を形成する組成物中に特定量のイオン液体を添加しているので、ブリード・ブルームの問題がなく、電子導電剤の分散度に起因する体積抵抗バラツキも緩和され、均一な体積抵抗が得られる。さらに、電荷減衰性にも優れるので、電気的応答性を向上させることができる。
したがって、本発明に係る現像ロールによれば、電子写真機器の使用時における画像の濃度ムラや、電荷減衰率の低下に起因するクリーニング性の低下によるトナーフィルミングを抑制しやすくなり、電子写真機器の高画質化、高耐久化に寄与することができる。
ここで、現像ロールの表面に表面凹凸が形成されている場合には、トナーの搬送性が均一で確実になるため、電子写真機器の使用時における画像の濃度ムラをより抑制しやすくなる。さらに、上記ゴム弾性層の外周に表層を有し、上記ゴム弾性層の表面に形成された表面凹凸に起因して上記表層の表面に表面凹凸が形成されている場合には、トナーストレスを低下させやすくなるため、電子写真機器の使用時におけるフィルミング抑制効果に優れる。
そして、上記イオン液体が分子構造中にアルコキシシリル基を有するものである場合には、上記ゴム弾性層のマトリックスポリマーであるシリコーンゴムとの相溶性に優れるため、マトリックスポリマー中におけるイオン液体の分散度が高まり、電子導電剤の分散度に起因する体積抵抗バラツキがイオン液体によって緩和される効果がより高まる。これにより、体積抵抗バラツキがより小さくなる。
また、上記ゴム弾性層の電荷減衰率が80%以上と高い場合には、トナーの離型性が上がる。特に、低温低湿環境下でトナーフィルミングが発生しにくくなり、カブリが良化する。
また、上記ゴム弾性層の長手方向における抵抗ムラが1桁以内と抵抗ムラが少ない場合には、荷電ムラが少なくなり、画像濃度の均一性が向上する。また、上記ゴム弾性層の電荷減衰ムラが少ない場合にも、荷電ムラが少なくなり、画像濃度の均一性が向上する。
従来の現像ロールは、耐久での使用により抵抗ムラや電荷減衰ムラが大きくなり、画像にいわゆる段ムラ(段状の画像ムラ)ができるが、本発明のように抵抗ムラや電荷減衰ムラ、荷電ムラが抑えられると、画像に段ムラが発生しにくくなる。
本実施形態に係る現像ロールの一例を模式的に示した周方向断面図である。 本実施形態に係る他の現像ロールの一例を模式的に示した周方向断面図である。 実施例における長手方向抵抗ムラの測定方法を説明するための図である。 実施例における電荷減衰率の測定方法を説明するための図である。
以下、本実施形態に係る電子写真機器用現像ロール(以下、「本現像ロール」ということがある。)について説明する。
図1は、本現像ロールの一例を模式的に示した周方向断面図である。図2は、本現像ロールの他の例を模式的に示した周方向断面図である。図1、2に示すように、本現像ロール10は、軸体12と、軸体12の外周に形成されたゴム弾性層14とを少なくとも有する。
本現像ロール10において、ゴム弾性層14は、図1に示すように、単層から構成されていても良いし、図2に示すように、複数層から構成されていても良い。図2では、ゴム弾性層14が2層から構成されている例を示している。この場合、内側の層が基層14aであり、基層14aの外周に形成されている層が、抵抗調整層等の中間層14bである。図示はしないが、他にも、ゴム弾性層14は、3層以上から構成しても良い。また、本現像ロール10は、ゴム弾性層14の外周面上に、表層16が形成されていても良い。表層16は、主にゴム弾性層14の表面を保護したり、トナー搬送性等の機能を付与したりするのに有用である。また、本現像ロール10においては、表層16の形成に代えて、ゴム弾性層14の表面改質を行っても良い。このような表面改質によっても、表層16を形成する場合と同様、ゴム弾性層14の表面を保護したり、トナー搬送性等の機能を付与したりすることができる。
ここで、ゴム弾性層14は、シリコーンゴム組成物の架橋体から構成されている。なお、ゴム弾性層14が複数層からなる場合には、少なくとも1層がシリコーンゴム組成物の架橋体から構成されておれば良い。上記シリコーンゴム組成物は、液状シリコーンゴムまたはミラブルシリコーンゴムと、架橋剤と、電子導電剤と、イオン液体とを少なくとも含む。
上記液状またはミラブルシリコーンゴムとしては、ポリオルガノシロキサンベースポリマーとして、通常広く知られているものを用いることができ、ポリオルガノシロキサンベースポリマーにおける有機基は、1価の置換または非置換の炭化水素基であり、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、ドデシル基のようなアルキル基、フェニル基のようなアリール基、β−フェニルエチル基、β−フェニルプロピル基のようなアラルキル基等の非置換の炭化水素基や、クロロメチル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等の置換炭化水素基が例示される。なお、一般的にはメチル基が合成のしやすさ等から多用される。特に1分子中のケイ素原子に結合した有機基のうち、少なくとも2個がアルケニル基(ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基等)であるポリジオルガノシロキサンが一般的であり、直鎖状のものが特に好ましく用いられるが、これらに限定されることなく、一部、アルケニル基を持たないものや分岐状もしくは環状のポリオルガノシロキサンも使用することが可能である。上記シリコーンゴム組成物に用いるシリコーンゴムとしては、寸法精度等の観点から、好ましくは、液状シリコーンゴムであると良い。
また、本発明の液状またはミラブルシリコーンゴムは、公知のシリコーンゴムの硬化機構を適用して架橋体を得ることが可能であり、有機過酸化物による架橋、または、付加反応による架橋により硬化させることが一般的である。
有機過酸化物の架橋に用いられる上記架橋剤としては、市販の有機過酸化物を用いることができ、ベンゾイルペルオキシド、2,4−ジクロロベンゾイルペルオキシド、p−メチルベンゾイルパーオキサイド、o−メチルベンゾイルパーオキサイド、ジクミルペルオキシド、クミル−t−ブチルペルオキシド、2,5−ジメチル−2,5−ジ−t−ブチルペルオキシヘキサン、ジ−t−ブチルペルオキシド等の各種の有機過酸化物架橋剤が用いられ、特に低い圧縮永久歪を与えることから、ジクミルペルオキシド、クミル−t−ブチルペルオキシド、2,5−ジメチル−2,5−ジ−t−ブチルペルオキシヘキサン、ジ−t−ブチルペルオキシドが好ましい。
一方、付加反応による架橋を適用する場合の上記架橋剤としては、一分子中に珪素原子と結合する水素原子(ヒドロシリル基)を少なくとも2個有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンであり、分子中のヒドロシリル基が上記液状またはミラブルシリコーンゴム中の珪素原子に結合したアルケニル基とヒドロシリル化付加反応により架橋し、組成物を硬化させるための架橋剤として作用するものである。
オルガノハイドロジェンポリシロキサンとして、具体的には、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジフェニルシロキサン・ジメチルシロキサン共重合体、(CHHSiO1/2単位とSiO4/2単位とから成る共重合体、(CHHSiO1/2単位とSiO4/2単位と(C)SiO3/2単位とから成る共重合体などが挙げられる。
上記電子導電剤としては、炭素系電子導電剤を好適に用いることができる。炭素系電子導電剤としては、具体的には、例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、フラーレン等を例示することができる。これらのうち、好ましくは、組成物への分散性に優れ、低抵抗化を図りやすい、コスト等の観点から、カーボンブラックを好適に用いることができる。
上記イオン液体は、常温で液体のイオン性物質である。上記イオン液体としては、具体的には、例えば、下記の一般式(1)〜(4)で示されるカチオン(陽イオン)を有するものであり、例えば、イミダゾリウムイオンなどの環状アミジンイオン、ピリジニウムイオン、アンモニウムイオン、スルホニウム、ホスホニウムイオンなどの有機カチオンを陽イオンとするものである。一方、陰イオンとしては、AlCl 、AlCl 、NO 、BF 、PF 、CHCOO、CFCOO、CFSO 、(CFSO、(CFSO、AsF 、SbF 、F(HF)n、CFCFCFCFSO 、(CFCFSO、CFCFCFCOOなどを挙げることができる。
Figure 0005396540
(式中、Rは、炭素数4〜10の炭化水素基を表し、R、Rは、水素又は炭素数1〜8のアルキル基を表し、ヘテロ原子を含んでいても良い。但し、窒素原子が二重結合を含む場合、Rは、ない。)
Figure 0005396540
(式中、Rは、炭素数2〜10の炭化水素基を表し、R、R、Rは、水素又は炭素数1〜8のアルキル基を表し、ヘテロ原子を含んでいても良い。)
Figure 0005396540
(式中、Rは、炭素数2〜10の炭化水素基を表し、R、R10は、水素又は炭素数1〜8のアルキル基を表し、ヘテロ原子を含んでいても良い。)
Figure 0005396540
(式中、Qは、窒素、リン、硫黄原子を表し、R11、R12、R13、R14は、水素又は炭素数1〜8のアルキル基を表し、ヘテロ原子を含んでいても良い。但し、Qが硫黄原子の場合、R11は、ない。)
具体的には、例えば、オクチルトリメチルアンモニウム・ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、オクチルトリメチルアンモニウム・トリフルオロメタンスルホネート、1−ブチル−3−メチルピリジニウム・ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、1−ブチル−3−メチルピリジニウム・トリフルオロメタンスルホネート、1−ヘキシル−3−メチルピリジニウム・トリフルオロメタンスルホネート、ジアリルジメチルアンモニウム・ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、ジアリルジメチルアンモニウム・トリフルオロメタンスルホネート、グリシジルトリメチルアンモニウム・ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、グリシジルトリメチルアンモニウム・トリフルオロメタンスルホネート等を例示することができる。
上記イオン液体は、分子構造中にアルコキシシリル基を有するものであっても良い。この場合、上記ゴム弾性層14のマトリックスポリマーであるシリコーンゴムとの相溶性に優れるため、マトリックスポリマー中におけるイオン液体の分散度が高まり、電子導電剤の分散度に起因する体積抵抗バラツキがイオン液体によって緩和される効果がより高まる。これにより、体積抵抗バラツキがより小さくなる。
アルコキシシリル基は、イオン液体のカチオン構造中に含まれていても良いし、イオン液体のアニオン構造中に含まれていても良いが、好ましくはカチオン構造中に含まれているものである。
分子構造中にアルコキシシリル基を有するイオン液体としては、具体的には、下記一般式(5)で示されるカチオン(陽イオン)を有するものを挙げることができる。
Figure 0005396540
上記一般式(5)において、
14:環状、直鎖の有機基
15:少なくとも(CH)nを含む(但し、nは整数)
16:アルキル基(−CH、−C等)
上記R14−Nは、アンモニウム化合物であればよい。R14が環状の有機基の場合、R14−Nは、ピロール、ピロリジン、イミダゾール等の5員環、ピリジン、ピリミジン等の6員環、インドール、キノリン、イソキノリン、プリン等のピリミジン環とイミダゾール環との縮合環等の窒素含有複素環式化合物が挙げられる。また、これらの環構造中には、窒素以外に、酸素、硫黄等を含んでいてもよい。
また上記R14−Nは、環構造ではなく、炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基(不飽和結合も含む)でもよい。具体的には、下記の一般式(6)で表わされる第4級アンモニウム塩が挙げられる。
Figure 0005396540
一般式(6)において、R17は炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基(例えば、−C17)、R18〜R19は炭素数1〜4のアルキル基である。
上記一般式(5)においてR15は、少なくともメチレン基(CH)nを含むものである。上記メチレン基の数は、1〜18の範囲が好ましい。また上記R15は、メチレン基以外に、ウレタン基、エステル基、アミド基、アミノ基、チオエーテル基、水酸基、芳香環等の官能基を含んでいてもよい。
分子構造中にアルコキシシリル基を有するイオン液体は、上記アンモニウム化合物からなるカチオンとアニオンとの塩が用いられる。上記アニオンは特に限定されないが、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン〔(CFSO〕(TFSI)を用いるのが好ましい。TFSIをアニオンとして用いた場合、高温高湿環境下でも耐久後の荷電ムラを小さく抑えることができるという利点がある。またTFSI以外のアニオンとして、例えば、AlCl 、AlCl 、NO 、BF 、PF 、CHCOO、CFCOO、CFSO 、(CFSO、AsF 、SbF 、F(HF)n、CFCFCFCFSO 、(CFCFSO、CFCFCFCOO等が挙げられる。
分子構造中にアルコキシシリル基を有するイオン液体の具体例としては、下記の式(7)〜(14)で示されるもの等を例示することができる。
上記組成物は、他にも、微粒子状白金、白金黒、白金担持活性炭、白金担持シリカ、塩化白金酸、塩化白金酸のアルコール溶液、白金のオレフィン錯体、白金のアルケニルシロキサン錯体等の白金系触媒などを含有していても良い。また、ヒュームドシリカ、結晶性シリカ、湿式シリカ、ヒュームド酸化チタン等の補強性充填剤などを含有していても良い。これら補強性充填剤は、例えば、オルガノアルコキシシラン、オルガノハロシラン、オルガノシラザン、分子鎖両末端がシラノール基で封鎖されたジオルガノシロキサンオリゴマー、環状オルガノシロキサン等の有機珪素化合物により表面改質されていても良い。また、架橋促進剤、架橋遅延剤、架橋助剤、スコーチ防止剤、老化防止剤、軟化剤、熱安定剤、難燃剤、難燃助剤、紫外線吸収剤、防錆剤等の各種の添加剤を1または2以上含有していても良い。
本現像ロール10において、ゴム弾性層14の形成材料となる上述のシリコーンゴム組成物は、上記液状シリコーンゴムまたはミラブルシリコーンゴムおよび架橋剤の総量100質量部に対して、上記イオン液体を0.1〜5.1質量部の範囲内で含有している。上記イオン液体が0.1質量部未満になると、組成物中に含まれる電子導電剤の分散度に起因する体積抵抗バラツキを十分に緩和することができなくなる。さらに、電荷減衰性も不十分となる。上記イオン液体の下限は、好ましくは、0.15質量部以上、より好ましくは、0.2質量部以上であると良い。一方、上記イオン液体が5.1質量部超になると、ゴム弾性層にイオン液体によるブリード・ブルームが生じやすくなり、感光体汚染が生じやすくなる。上記イオン液体の上限は、好ましくは、5.0質量部以下、より好ましくは、4.0質量部以下、さらに好ましくは、3.0質量部以下であると良い。
本現像ロール10においては、ゴム弾性層14を上述のシリコーンゴム組成物の架橋体で構成することにより、印加時におけるゴム弾性層14の残留電荷は15V以下であることが好ましい。より好ましくは12V以下である。残留電荷が15V以下であると、電荷のバラツキが少ないため、濃度ムラが発生しにくくなる。
また、本現像ロール10においては、ゴム弾性層14を上述のシリコーンゴム組成物の架橋体で構成することにより、印加停止から1秒後におけるゴム弾性層14の電荷減衰率が80%以上であることが好ましい。より好ましくは85%以上である。このような電荷減衰率が80%以上であると、電荷減衰性に優れ、トナーの離型性が上がる。特に、低温低湿環境下でトナーフィルミングが発生しにくくなり、カブリが良化する。
また、本現像ロール10においては、ゴム弾性層14を上述のシリコーンゴム組成物の架橋体で構成することにより、ゴム弾性層14の長手方向の抵抗ムラが1桁以内であることが好ましい。より好ましくはこのような抵抗ムラが0.8桁以内である。ゴム弾性層14の長手方向の抵抗ムラが1桁以内であると、抵抗ムラが少ないため、荷電ムラが少なくなり、画像濃度の均一性が向上する。そして、このように荷電ムラが少なくなり、荷電性が均一になることにより、本現像ロール10の表面凹凸が画像に現れにくくなる。
上記シリコーンゴム組成物は、例えば、次のようにして調製することができる。すなわち、液状シリコーンゴムを用いる場合、液状シリコーンゴム、電子導電剤、必要に応じて添加される補強性充填剤等の各種添加剤(イオン液体、架橋剤、触媒除く)等をプラネタリーミキサー、ヘンシェルミキサー、ロスミキサー、ホバートミキサー、ニーダーミキサー等を用いて混合し、次いで、イオン液体、架橋剤、必要に応じて触媒を加え、プラネタリーミキサー、ヘンシェルミキサー、ロスミキサー、ホバートミキサー、ニーダーミキサー、ロール等により混練することにより、調製することができる。なお、上記調製方法において、イオン液体、架橋剤、触媒は、最初の混練時に添加するようにしても良い。
一方、ミラブルシリコーンゴムを用いる場合、ミラブルシリコーンゴム、電子導電剤、イオン液体、必要に応じて添加される補強性充填剤、触媒等の各種添加剤(架橋剤除く)等をニーダーミキサー、ロール等を用いて混練し、次いで、架橋剤、または必要に応じて1−エチニル−1−シクロヘキサノール等の遅延剤を加え、ロール等により混練することにより、調製することができる。なお、上記調製方法において、架橋剤は、最初の混練時に添加するようにしても良い。
また、本現像ロール10において、ゴム弾性層14の表面に表層16を形成する場合、表層形成材料としては、例えば、メチルエチルケトン等の適当な溶剤に、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、アクリルシリコーン樹脂、ブチラール樹脂、アルキッド樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素ゴム、フッ素樹脂、フッ素樹脂とフッ素ゴムとの混合物、シリコーン樹脂、アクリル変性シリコーン樹脂、シリコーン変性アクリル樹脂、フッ素変性アクリル樹脂等の樹脂、必要に応じて、上述したカーボンブラック等の電子導電剤、四級アンモニウム塩等のイオン導電剤、ウレタン樹脂粒子、アクリル樹脂粒子等の粗さ形成用粒子、可塑剤、レベリング剤などを分散、混合した溶液等を好適に用いることができる。
また、本現像ロール10において、ゴム弾性層14の表面改質を行う場合、表面改質用の材料としては、樹脂改質用シリコーンなどを挙げることができる。樹脂改質用シリコーンとしては、シリコーンアルコキシオリゴマーなどを挙げることができる。表面改質用の材料においては、n−ヘキサンなどの適用な溶剤を用いることができる。また、表面改質用の材料には、必要に応じて、硬化触媒等が含まれていても良い。
本現像ロール10は、例えば、次のようにして製造することができる。すなわち、ゴム弾性層形成材料として、液状シリコーンゴム組成物を用いる場合には、ロール成形用金型の中空部に、必要に応じて接着剤を塗布した軸体12を同軸にセットする。次いで、中空部の内周面と軸体12との間の成形空間にゴム弾性層形成材料としての液状シリコーンゴム組成物を注入して、金型に蓋をし、これを液状シリコーンゴム組成物に最適な条件で加熱して架橋させた後、冷却、脱型する。これにより、軸体12の外周面に沿って、ゴム弾性層14を形成することができる。
一方、ゴム弾性層形成材料として、ミラブルシリコーンゴム組成物を用いる場合には、クロスヘッド押出装置により、軸体12の外周面上に、直接、ゴム弾性層形成材料としてのミラブルシリコーンゴム組成物を押出成形することにより、軸体12の外周面にミラブルシリコーンゴム組成物よりなる円筒状の未加硫ゴム層を形成し、これをミラブルシリコーンゴム組成物に最適な条件で加熱して架橋させた後、冷却する。これにより、軸体12の外周面に沿って、ゴム弾性層14を形成することができる。
次に、このゴム弾性層14の表面に、ロールコート法、スプレー法、ディッピング法等の各種の塗工法を用いて、表層形成材料を塗工し、表層形成材料に最適な条件で熱処理して表層16を形成する。あるいは、このゴム弾性層14の表面に、ロールコート法、スプレー法、ディッピング法等の各種の方法を用いて表面改質用の材料を含浸させ、表層改質用の材料に最適な条件で硬化処理等を行い、ゴム弾性層14の表面改質を行う。基本的には、このようにして本現像ロール10を製造することができる。
本現像ロール10は、好ましくは、ゴム弾性層14の表面に形成された表面凹凸に起因して表層16の表面に表面凹凸が形成されている、もしくは、表層16に添加された粗さ形成粒子に起因して表層16の表面に表面凹凸が形成されていることが好ましい。トナーの搬送性が均一になるため、電荷減衰性の向上によるクリーニング性の向上効果と相俟って、電子写真機器の使用時における画像の濃度ムラやフィルミングをより抑制しやすくなるからである。
ゴム弾性層14の表面に表面凹凸を形成するには、型転写を好適に用いることができる。具体的には、上述したロール成形用金型の中空部の壁面に表面凹凸を形成し、ゴム弾性層14の成形時に、ゴム弾性層14の表面に表面凹凸を転写により付与すれば良い。ロール成形用金型への表面凹凸の形成方法としては、例えば、ロール成形用金型の中空部の壁面に、フッ素樹脂粒子を共析させる無電解共析めっきを施し、その無電解共析めっき層の表面に多数のピットを形成する方法等を例示することができる。この方法によれば、ゴム弾性層14の表面に微細な表面凹凸を簡易に形成することができる。
ゴム弾性層14の表面を平滑な面として成形した場合には、粗さ形成用粒子を含む表面形成材料を用いて表層16を形成すれば、粗さ形成用粒子に起因して表層16の表面に表面凹凸を形成することができる。この方法によれば、比較的低コストでゴム弾性層14の表面に表面凹凸を形成することができる。
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
1.ゴム弾性層形成材料
ゴム弾性層形成材料として、以下の材料を準備した。
<液状シリコーンゴム>
・ビニル基含有ジメチルポリシロキサン<1>(Gelest社製、「DMS−V31」)
<ミラブルシリコーンゴム>
・ビニル基含有ジメチルポリシロキサン<2>(KCC社製、「SF3901C」)
<架橋剤>
・ヒドロシリル基含有ジメチルポリシロキサン<1>(Gelest社製、「HMS−301」)
・ヒドロシリル基含有ジメチルポリシロキサン<2>(Gelest社製、「HMS−501」)
<電子導電剤>
・カーボンブラック(電気化学工業社製、「デンカブラックHS100」)
<イオン液体>
・イオン液体<1>(オクチルトリメチルアンモニウム・ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(オクチルトリメチルアンモニウムクロリド(東京化成社製試薬)とビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(東京化成社製試薬)を水系溶媒に添加し、室温で4時間攪拌して調製した。)。
・イオン液体<2>(1−ブチル−3−メチルピリジニウム・ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(1−ブチル−3−メチルピリジニウムクロリド(東京化成社製試薬)とビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(東京化成社製試薬)を水系溶媒に添加し、室温で4時間攪拌して調製した。)。
・イオン液体<3>
雰囲気下、3−メチルピリジン(東京化成社製試薬)を60mmolと3−クロロプロピルトリメトキシシラン(東京化成社製試薬)を55mmol混合し、90℃で72時間反応させた。冷却して析出した固体を酢酸エチルで2回洗浄した後、酢酸エチルを減圧で除去し、3−メチル−1−トリメトキシシリルプロピルピリジニウムクロリドの化合物を53mmol得た。これをアセトンで溶解し、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(東京化成社製試薬)53mmolを加えた後、24時間室温で攪拌した。溶剤を減圧除去し、析出したリチウムクロリドをろ過することで3−メチル−1−トリメトキシシリルプロピルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(イオン液体3)の化合物を40mmol得た。
・イオン液体<4>
上記イオン液体3の合成において、3−メチルピリジンを1−メチルピペリジン(東京化成社製試薬)に換えて合成した。
・イオン液体<5>
上記イオン液体3の合成において、3−メチルピリジンを4−メチルモルホリン(東京化成社製試薬)に換えて合成した。
・イオン液体<6>
雰囲気下、(2−ヒドロキシエチル)トリメチルアンモニウムクロリド(東京化成社製試薬)を60mmolと3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン(東京化成社製試薬)を59mmol混合し、75℃で48時間反応させた。冷却して析出した固体を酢酸エチルで2回洗浄した後、酢酸エチルを減圧で除去し、イオン液体6のアニオンがクロリドの化合物を55mmol得た。これをアセトンで溶解し、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(東京化成社製試薬)55mmolを加えた後、24時間室温で攪拌した。溶剤を減圧除去し、析出したリチウムクロリドをろ過することでイオン液体6の化合物を45mmol得た。
・イオン液体<7>
上記イオン液体6の合成において、(2−ヒドロキシエチル)トリメチルアンモニウムクロリドを1−(2−ヒドロキシエチル)ピリジニウムクロリド(CHEMICALLAND21社製)に換えて合成した。
・イオン液体<8>
雰囲気下、[2−(アクリロイルオキシ)エチル]トリメチルアンモニウムクロリド(SIGMA−ALDRICH社製)を60mmolと(3−アミノプロピル)トリメトキシシラン(東京化成社製試薬)を59mmol混合し、100℃で72時間反応させた。冷却して析出した固体を酢酸エチルで2回洗浄した後、酢酸エチルを減圧で除去し、イオン液体8のアニオンがクロリドの化合物を53mmol得た。これをアセトンで溶解し、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(東京化成社製試薬)53mmolを加えた後、24時間室温で攪拌した。溶剤を減圧除去し、析出したリチウムクロライドをろ過することでイオン液体8の化合物を42mmol得た。
・イオン液体<9>
上記イオン液体8の合成において、(3−アミノプロピル)トリメトキシシランを(3−メルカプトプロピル)トリメトキシシラン(東京化成社製試薬)に換えて合成した。
・イオン液体<10>
上記イオン液体8の合成において、(3−アミノプロピル)トリメトキシシランを(3−メルカプトプロピル)トリメトキシシラン(東京化成社製試薬)に、また[2−(アクリロイルオキシ)エチル]トリメチルアンモニウムクロリドを[2−(メタクリロイルオキシ)エチル]トリメチルアンモニウムクロリド(東京化成社製試薬)に換えて合成した。
<触媒>
・白金触媒(Gelest社製、「SIP6830.3」)
<充填剤>
・ヒュームドシリカ(日本アエロジル社製、「アエロジルR972」)
・結晶性シリカ(龍森社製、「クリスタライトVX−S」)
<遅延剤>
・1−エチニル−1−シクロヘキサノール(東京化成社製、試薬)
<イオン導電剤(常温で固体)>
・テトラブチルアンモニウム過塩素酸塩(東京化成社製、試薬)
イオン液体<3>〜<10>の構造式を以下の式(7)〜(14)に示す。

Figure 0005396540
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2.実施例および比較例に係る現像ロールの作製
(実施例1〜4、比較例1〜5)
後述の表1に示す配合となるように、それぞれ、ビニル基含有ジメチルポリシロキサン、カーボンブラック、ヒュームドシリカ、結晶性シリカをプラネタリーミキサーに入れ、30分混合した後、ヒドロシリル基含有ジメチルポリシロキサン、1−エチニル−1−シクロヘキサノール、白金触媒、イオン液体(比較例4はイオン導電剤)を添加して30分混合し、減圧脱泡することにより、ゴム弾性層形成材料としての液状シリコーンゴム組成物を調製した。
次いで、材料物性を測定するため、上記調製した液状シリコーンゴム組成物を170℃×10分の条件でプレス成形し、その後、200℃×4時間の条件にて2次キュアを実施し、2mm厚のシート及びリングを作成した。
次いで、円柱状中空部を有するロール成形金型内に軸体(直径6mm、SUS304製、中実体)を同軸的にセットし、金型/軸体間に上記調製した液状シリコーンゴム組成物を充填した後、170℃×10分の条件にて加熱架橋を行った。その後、脱型して、200℃×4時間の条件にて2次キュアを実施し、軸体の外周面に沿ってゴム弾性層(外径12mm、層厚さ3mm)が形成された現像ロールAを作製した。
次いで、ウレタン樹脂(日本ポリウレタン工業社製、「ニッポラン5196」)100質量部と、カーボンブラック(電気化学工業社製、「デンカブラックHS100」)40質量部とをメチルエチルケトンに混合、分散させた混合液を調製した。この混合液に粗さ形成用粒子としてのウレタン樹脂粒子(根上工業社製、「アートパールU−600T」)20質量部とメチルエチルケトンをさらに加えて混合した後、イソシアネート(日本ポリウレタン工業社製、「コロネートL」)45質量部を加えることにより、表層形成材料を調製した。
その後、上記現像ロールAの表面に、ロールコート機を用いて上記表層形成材料を塗工し、これを180℃×60分の条件にてオーブン架橋することにより、ゴム弾性層の外周に厚さ10μmの表層を形成し、現像ロールBを作製した。なお、表層の表面には、表層に添加された粗さ形成粒子に起因して表面凹凸が形成されている。
(実施例5)
先ず、ゴム弾性層の表面に表面凹凸を転写により形成するため、以下のロール成形金型を準備した。すなわち、硫酸ニッケル6水和物20g/L、次亜リン酸ナトリウム1水和物25g/L、乳酸(錯化剤)27g/L、プロピオン酸(錯化剤)2.5g/L、PTFE粒子(平均粒子径0.2μm)2.0g/L、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド0.4g/Lを配合し、pH4.8の各めっき浴を調製した。次いで、上記各めっき浴に、円柱状中空部を有するロール成形用金型を浸漬することにより、円柱状中空部の内周面に無電解共析めっきを施し、無電解共析めっき層(厚み15μm)を型面に有するロール成形用金型を作製した。この際、めっき条件は、めっき浴の温度を90℃、めっき時間を90分間とした。なお、得られたロール成形用金型の断面を、走査型電子顕微鏡により観察したところ、無電解共析めっき層の表面に多数のピットが形成されていることが確認された。
次いで、この円柱状中空部の壁面に多数のピットを有するロール成形金型内に軸体(直径6mm、SUS304製、中実体)を同軸的にセットし、金型/軸体間に、実施例1にて調製した液状シリコーンゴム組成物を充填した後、170℃×10分の条件にて加熱架橋を行った。その後、脱型して、200℃×4時間の条件にて2次キュアを実施し、軸体の外周面に沿ってゴム弾性層(外径12mm、層厚さ3mm、型転写による表面凹凸有り)が形成された現像ロールAを作製した。
また、粗さ形成用粒子としてのウレタン粒子を添加しなかった以外は実施例1と同様にして調製した表層形成材料を、ロールコート機を用いて現像ロールAの表面に塗工し、これを180℃×60分の条件にてオーブン架橋することにより、ゴム弾性層の外周に厚さ10μmの表層を形成し、現像ロールBを作製した。なお、表層の表面には、ゴム弾性層の表面に形成された型転写による表面凹凸に起因して表面凹凸が形成されている。
(実施例6、7、比較例6、7)
後述の表2に示す配合となるように、それぞれ、ビニル基含有ジメチルポリシロキサン、カーボンブラック、ヒュームドシリカ、白金触媒、イオン液体(比較例7はイオン導電剤)をニーダーで15分間混練りした後、2本ロールで、1−エチニル−1−シクロヘキサノール、ヒドロシリル基含有ジメチルポリシロキサンを練り込んで、ゴム弾性層形成材料としてのミラブルシリコーンゴム組成物を調製した。
次いで、材料物性を測定するため、上記調製したミラブルシリコーンゴム組成物を170℃×10分の条件でプレス成形し、その後、200℃×4時間の条件にて2次キュアを実施し、2mm厚のシート及びリングを作成した。
次いで、クロスヘッド押出装置により、軸体(直径6mm、SUS304製、中実体)の外周面上に、直接、上記調製したミラブルシリコーンゴム組成物を押出成形することにより、軸体の外周面にミラブルシリコーンゴム組成物よりなる円筒状の未加硫ゴム層を形成した。その後、170℃×10分の条件にてオーブン架橋後、200℃×4時間の条件にて2次架橋を実施し、軸体の外周面に沿ってゴム弾性層(外径12mm、層厚さ3mm)が形成された現像ロールAを作製した。
次いで、上記現像ロールAの表面に、ロールコート機を用いて、実施例1にて調製した表層形成材料を塗工し、これを180℃×60分の条件にてオーブン架橋することにより、ゴム弾性層の外周に厚さ10μmの表層を形成し、現像ロールBを作製した。なお、表層の表面には、表層に添加された粗さ形成粒子に起因して表面凹凸が形成されている。
(実施例8〜15)
イオン液体<1>に代えて後述の表3に示すイオン液体<3>〜<10>に変更した以外は実施例1と同様にして、2mm厚のシート、リング、軸体の外周面に沿ってゴム弾性層(外径12mm、層厚さ3mm)が形成された現像ロールAと、ゴム弾性層の外周に厚さ10μmの表層が形成された現像ロールBとを作製した。
(実施例16)
実施例1と同様にして、2mm厚のシート、リング、軸体の外周面に沿ってゴム弾性層(外径12mm、層厚さ3mm)が形成された現像ロールAを作製した。次いで、作製した現像ロールAを下記の表面改質液に常温で10分間浸漬した後、常温常湿環境下で24時間放置することによりシリコーンアルコキシオリゴマーを硬化させて、ゴム弾性層表面近傍が高硬度化した現像ロールBを作製した。
<表面改質液>
n−ヘキサン100質量部にシリコーンアルコキシオリゴマー(信越化学工業社製「KR−500」)2質量部と、シリコーンアルコキシオリゴマーの硬化触媒(信越化学工業社製「D−20」)0.08質量部を溶解させることにより、表面改質液を調製した。
(実施例17)
イオン液体<1>に代えて後述の表2に示すイオン液体<3>に変更した以外は実施例6と同様にして、2mm厚のシート、リング、軸体の外周面に沿ってゴム弾性層(外径12mm、層厚さ3mm)が形成された現像ロールAと、ゴム弾性層の外周に厚さ10μmの表層が形成された現像ロールBとを作製した。
2.評価
2.1 シート物性
(硬度)
上記成形シートについて、JISK6253に準拠し、タイプAデュロメータを用い、デュロメータ硬さを測定した。
(圧縮永久歪み)
上記成形リングについて、JISK6262に準拠し、70℃、168時間、25%圧縮の条件にて圧縮永久歪みを測定した。
(体積抵抗率)
上記成形シートについて、JISK6271に準拠し、二重リング電極法にて、1V印加の条件にて、体積抵抗率を測定した。
(ブリード、ブルーム)
上記成形したシートを40℃、95%RH湿熱環境に2週間放置し、その後のシート表面における導電剤のブリード、ブルームの有無を目視観察した。ブリード、ブルームが何ら認められなかったものを「○」とし、ブリード、ブルームが認められたものを×とした。
2.2 ロール特性
(体積抵抗バラツキ)
金属ドラム上に各現像ロールAを線接触させ、ロールの芯金の両端に各々500gの荷重をかけた状態で金属ドラムを回転駆動し、60rpmで各現像ロールAをつれ周り回転させ、DC10V印加した状態での軸体と金属ドラム間の電気抵抗を測定し、その周方向のバラツキを求めた。
(長手方向抵抗ムラ)
図3に示すように、同じ外径の樹脂製ロール1(30mm幅)、金属製ロール2(20mm幅)、樹脂製ロール3(80mm幅)、金属製ロール4(20mm幅)、樹脂製ロール5(80mm幅)、金属製ロール6(20mm幅)、樹脂製ロール7(30mm幅)とを、この順に組み合わせてドラム8を構成した。このドラム8上に各現像ロールAを線接触させ、各現像ロールAの軸体の両端に各々500gの荷重をかけた状態でドラムを回転駆動し、60rpmで各現像ロールAをつれ周り回転させ、DC10V印加した状態での軸体と各金属製ロール間の電気抵抗を測定した。その周方向の平均値を長手方向における所定位置での電気抵抗値とし、各現像ロールAの両端部および中央部の合計3点で電気抵抗値を測定し、その最大値と最小値との差を長手方向抵抗ムラとした。
(残留電荷)
図4の模式図に示すように、23℃×53%RHの環境下、回転数60rpmで現像ロールA10を矢印方向に回転させながら、コロナ放電線20を用いて、100μAのコロナ電流を印加して現像ロールA10の表面を帯電した。そして、コロナ電流を印加した状態で現像ロールA10を回転させたまま、表面電位計22を現像ロールA10の一方端から他方端まで5mm/sで移動させて現像ロールA10表面の表面電位を測定し、その最大値を残留電荷とした。
(電荷減衰率)
図4の模式図に示すように、23℃×53%RHの環境下、回転数60rpmで現像ロールA10を矢印方向に回転させながら、コロナ放電線20を用いて、100μAのコロナ電流を印加して現像ロールA10の表面を帯電した。そして、上記コロナ放電線20から1/4周期分後方の位置に配した表面電位計22により現像ロールA10表面の表面電位を測定し、印加をオフしてから1秒間の表面電位変位量から電荷減衰率を求めた。
(濃度ムラ)
各現像ロールBを市販のカラーレーザープリンタ(HP社製、Color Laser jet 3800)のカートリッジに組み込み、ベタ画像出しをLL環境(15℃×10%RH)で行い、画像濃度をマクベス濃度計で測定し、そのバラツキから濃度ムラを求めた。
(フィルミング評価)
各現像ロールBを市販のカラーレーザープリンタ(HP社製、Color Laser jet 3800)のカートリッジに組み込み、32.5℃×85%RHの環境下で、画像出しを通紙6000枚行ない、その後のロール外観を顕微鏡((株)キーエンス製、VK−9510)で拡大し観察した。この際、ロール表面にトナーの付着が無かった場合を「◎」、ロール表面にトナーが付着しているが、軽微で搬送量の変化や画像に影響が出なかった場合を「○」、ロール表面にトナーが付着し、搬送量の変化や画像にムラが発生した場合を「×」とした。
表1〜表3に、組成物の配合、作製した現像ロールの評価結果等をまとめて示す。
Figure 0005396540
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表1〜表3を比較すると以下のことが分かる。すなわち、比較例1に係る現像ロールは、ゴム弾性層の材料として用いたシリコーンゴム組成物における、シリコーンゴムおよび架橋剤の総量100質量部に対するイオン液体の質量部が、本願で規定される下限を下回っている。そのため、電荷減衰率が低く、濃度ムラが生じやすかった。
比較例2に係る現像ロールは、ゴム弾性層の材料として用いたシリコーンゴム組成物における、シリコーンゴムおよび架橋剤の総量100質量部に対するイオン液体の質量部が、本願で規定される上限を上回っている。そのため、イオン液体のブリード、ブルームが見られた。
比較例3、6に係る現像ロールは、ゴム弾性層の材料として用いたシリコーンゴム組成物中にイオン液体が入っていない。また、比較例4、7に係る現像ロールは、ゴム弾性層の材料として用いたシリコーンゴム組成物中にイオン液体に代えて常温で固体のイオン導電剤が入っている。そのため、電荷減衰率が極めて低く、濃度ムラがとりわけ生じやすかった。また、体積抵抗のバラツキも大きかった。
比較例5に係る現像ロールは、ゴム弾性層の材料として用いたシリコーンゴム組成物中に電子導電剤が入っていない。そのため、体積抵抗が高すぎて、低抵抗化することができない。したがって、その他について評価するまでもなく、現像ロールとしての性能に劣ると言える。
これらに対し、実施例に係る現像ロールはいずれも、ブリード・ブルーム等が生じることなく、低硬度、低ヘタリ、低抵抗化を図ることができ、さらに均一な体積抵抗が得られ、電荷減衰性にも優れることが確認できた。また、実施例5と、他の実施例とを比較すると、ゴム弾性層の外周に表層を有し、ゴム弾性層の表面に形成された表面凹凸に起因して表層の表面に表面凹凸が形成されている場合には、フィルミング抑制効果に特に優れていることが確認された。これは、表層表面の凹凸によりトナーストレスを低下させやすくなり、電荷減衰率の向上による効果と相俟って、フィルミングをより抑制しやすくなったためである。
また、実施例8〜15、17では、分子構造中にアルコキシシリル基を有するイオン液体が用いられており、分子構造中にアルコキシシリル基を有さない他の実施例とを比較すると、体積抵抗バラツキの桁数や長手方向抵抗ムラの桁数が小さく、電気抵抗のバラツキがより小さくなっていることが確認できた。
以上、本発明の実施形態、実施例について説明したが、本発明は上記実施形態、実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能なものである。

Claims (5)

  1. 軸体と、前記軸体の外周に形成されたゴム弾性層とを有し、
    前記ゴム弾性層は、
    液状またはミラブルシリコーンゴムと、架橋剤と、電子導電剤と、イオン液体(カチオンがイミダゾリウムイオンのものを除く)とを含む組成物の架橋体から形成されており、
    前記組成物は、
    前記液状またはミラブルシリコーンゴムおよび架橋剤の総量100質量部に対して、前記イオン液体を0.1〜5.1質量部の範囲内で含有することを特徴とする電子写真機器用現像ロール。
  2. 前記ゴム弾性層の外周に表層を有し、
    前記ゴム弾性層の表面に形成された表面凹凸に起因して前記表層の表面に表面凹凸が形成されている、もしくは、
    前記表層に添加された粗さ形成粒子に起因して前記表層の表面に表面凹凸が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電子写真機器用現像ロール。
  3. 前記イオン液体が、分子構造中にアルコキシシリル基を有するものであることを特徴とする請求項1または2に記載の電子写真機器用現像ロール。
  4. 23℃×53%RHの環境下、回転数60rpmで回転させながら100μAのコロナ電流を印加してゴム弾性層の表面を帯電したときのゴム弾性層の表面の残留電荷が15V以下であり、印加停止から1秒後における前記ゴム弾性層の電荷減衰率が80%以上であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の電子写真機器用現像ロール。
  5. 前記ゴム弾性層の長手方向の抵抗ムラが1桁以内であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の電子写真機器用現像ロール。
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