JP5524679B2 - 電子写真用現像部材 - Google Patents

Description

電子写真装置、複写機・プリンター・ＦＡＸ及びこれら複合機などに用いられる現像用ローラなどの電子写真用現像部材に関する。

近年の電子写真プロセスは、高速化・高画質化・小型化に伴い耐刷印字条件において、画質品質が不安定になってきている。特に非磁性一成分方式トナーにおいては、現像ローラ上へトナー外添剤フィルミングにより高温高湿（ＨＨ）環境下でのかぶりが問題の一つとなっている。
その原因としては、耐刷によりトナーが過剰にストレスを受け、外添剤離脱によるトナー流動性低下を引き起こし、それがローラ表面へ付着するためと考えられている。そのため、トナーの入れ替わり易い環境を整備し、一つのトナーが過剰にストレスを受けない状態が理想と考えられる。特に当不具合は、ＨＨ環境下で耐刷させ、一晩放置後の最初の白地印字かぶりが発生し易く、それが問題である。
特許文献１（特開２００６−１１９４１３号公報）では、トナーを改善する解決方法が提案されている。非磁性一成分トナー粒子と、その１００重量部当たり、（Ａ）シリコーンオイル及び／又はシランカップリング剤で表面処理され、かつＢＥＴ法で求められる比表面積が０.５〜１０ｍ^２／ｇである酸化チタン微粒子０.１〜３重量部を含む非磁性一成分トナーが提案されており、静電荷像を現像するための非磁性一成分現像方式において、搬送ローラでのトナーの掻き取り性が良好であり、かつ安定したトナー薄層を形成し得る上、かぶり、耐刷印字におけるベタ画像追従性の低下、現像ローラトルクの上昇などを回避することができる非磁性一成分トナーが開示されている。
白地印字かぶり対策として、本発明者は、導電性ローラに着目した研究開発を続けており特許文献２（特開２００９−２５１４９８号公報）などを提案している。ポリスチレンアクリル系トナー現像用に適した導電性ローラであって、弾性層とその上に一層以上の層からなる積層構造のローラであって、最外層を形成する塗膜の樹脂成分が、アクリル樹脂とエチルセルロース樹脂のブレンド物からなる導電性ローラである。

特開２００６−１１９４１３号公報 特開２００９−２５１４９８号公報

本発明は、ＨＨ環境下での耐刷印字条件で明瞭な画像を得る事ができ、特に白地かぶりに対し有効な導電性ローラなどの電子写真用現像部材を提案する。

本発明者は、電子写真用現像部材として、フッ素系ウレタン樹脂を添加した外層膜を用いることにより、ＨＨ環境下での耐刷印字条件で明瞭な画像を得る事ができ、特に白地かぶりに対し有効な手段となることを知見したので提案する。
１．弾性層とその上の一層以上の層からなる積層構造であって、最外層にバインダー樹脂成分としてのアクリル樹脂に、機能性付与として、フッ素系ウレタン樹脂を前記バインダー樹脂１００重量部に対して３〜１５重量部添加している事を特徴とする電子写真用現像部材。
２．アクリル樹脂は、グラフト１級アミノ基を有するポリマー、スチレン系（スチレンとＭＭＡの共重合体）、若しくは非スチレン系（ＭＭＡのみ）を特徴とするポリマーから選ばれた１種であることを特徴とする１．記載の電子写真用現像部材。
３．電子写真用現像部材が、導電性ローラであることを特徴とする１．または２．に記載された電子写真用現像部材。

従来、フッ素系ウレタン樹脂を添加しない系は、ＨＨ環境下での耐刷印字を実施した場合、初期と比較して耐刷後は、ローラ表面へトナーフィルミングが起こり、特に白地でかぶる不具合が発生する。そこで当該技術では、外層へのフッ素系ウレタン樹脂添加により、トナーフィルミングの発生を抑制した。その結果ＨＨ環境下での耐刷印字条件で明瞭な画像を得る事ができ、特に白地かぶりに対し有効な電子写真用現像部材を実現することができた。基材である熱硬化性ウレタン材料に対して、外層に配合されたフッ素ウレタン樹脂が親和性があって、密着性に対し優位である事が示唆される。
特に、非磁性一成分系の電子写真プロセスに適している電子写真用現像部材である。
電子写真用現像部材は、導電性ローラに適用できる。
最外層について、アクリル樹脂にフッ素ウレタン樹脂を配合することが適している。そのフッ素ウレタン樹脂の添加量は、バインダー樹脂１００重量部に対して３〜１５重量部が良好で、望ましくは５〜９重量部である。フッ素化ウレタン添加量は適正量があり、たとえば多い場合トナーへの摩擦製帯電付与能力を低下させ、かぶり不具合を発生。一方少ない場合は、耐刷印字でローラ表面へのトナーの非粘着性が低下し、トナー離型性が悪化する。適切な添加量とすることにより、トナー外添剤が離脱し、ローラ表面へフィルミングを促進させ、帯電付与能力を低下させ、かぶり不具合を発生させるなどの障害を抑制することができる。
アクリル樹脂は、グラフト１級アミノ基を有するポリマー、スチレン系（スチレンとＭＭＡの共重合体）、若しくは非スチレン系（ＭＭＡのみ）ポリマーが適している。

導電性ローラの断面を示す図

本発明の導電性ローラは、一般の現像ローラと同様に、中心の軸体の周囲に導電性ウレタン樹脂層を形成し、その表面にコート層を基本構成として備えているものである。導電性ウレタン樹脂層やコート層を複数層に形成することも可能である。
本願発明は、導電性ローラの表面のコート層の樹脂組成にフッ素系ウレタン樹脂を添加する。コート層には、アクリル樹脂とフッ素系ウレタン樹脂をブレンドすることにより白地かぶりを解決できることを見いだしたものである。
本願発明の導電性ローラは、シャフトを中心軸として、ウレタン弾性層とその上に少なくとも１層を有するコート層（外層）を設けた２層以上の構造からなる。該コート層は、バインダー樹脂とフッ素ウレタン樹脂のブレンド物からなる。バインダー樹脂としてアクリル樹脂が適している。バインダー樹脂１００重量部に対するフッ素ウレタン樹脂の添加量は、３〜１５重量部が良好で、望ましくは５〜９重量部である。コート層の樹脂固形分は望ましくは、バインダー樹脂に対して１．０〜４．０％である。

電子写真装置は、オフィスで使用されるためにある程度使用環境はコントロールされているが、機内温度の上昇、あるいは輸送環境を考慮すると最高５０℃には上昇すると考えられるので、５０℃でも十分に機能することが求められる。冬期の休日明けなどの低温環境下での作動性が要求される。即ち、梅雨時の高湿度を勘案すると室温２８度、湿度８０％の高温高湿環境下（ＨＨ）、冬期は室温１０度、湿度２０％の低温低湿環境下（ＮＮ）での作動性能が求められる。

本発明の導電性ローラ１は、軸体２の外周に導電性ウレタン樹脂内層３を設けてなり、導電性ウレタン樹脂内層３は、従来公知の押出成形や型注入成形などによって製造することができる。導電性ウレタン樹脂内層３を整形、研磨したのち、表面層４である外層をディッピング等の手段によりコートする。

本発明の導電性ローラの基本構造は、先に本出願人が提案した特許文献５（特開２００２−２３５７３０号公報）に開示したものと同様である。
図１は、本発明の実施の一形態による導電性ローラ１の軸線方向の断面図である。導電性ローラ１は、導電性の軸体２と、該軸体２の外周面上に形成された導電弾性層３と、導電性層（ウレタン樹脂内層）３の外周面上に積層された表面層（コート層）４とを含む多層構造を有する。本発明におけるコート層４は、表面層に相当する。
導電性ウレタン樹脂内層３の層厚は、１〜１０ｍｍ、好ましくは１．５〜５ｍｍであり、コート層である表面層４の膜厚は０．１〜３μｍが好ましい。

軸体２は、両端を軸支あるいは、駆動部品を嵌合するため両端を精密加工した細長い直円柱状であり、金属、たとえば鉄、アルミニウム合金、ステンレス鋼などが好適に用いられる。

導電性ウレタン樹脂内層３は、導電剤を配合したゴム組成物から形成される。低弾性、低歪み、環境安定及び表面平滑特性を維持する機能を果たす。
ゴム組成物のゴム成分としては、天然ゴム、クロロプレンゴム、スチレン‐ブタジエンゴム、エチレン‐プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ブチルゴム、アクリロニトリル‐ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、イソプレンゴム、シリコンゴム、エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴムなどやこれらのゴムの単量体を共重合して得られるゴムなどを挙げることができる。熱硬化性ウレタンが適している。これらの合成ゴムおよび天然ゴムは、１種単独で使用してもよいし、２種以上混合して使用してもよい。

ゴム組成物に配合する導電性付与材としては、カーボンブラックや、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛等の金属酸化物粒子を用いることができる。ゴムに対する分散性が良く、補強性にも優れる点で、カーボンブラックが好ましく用いられる。
ゴム組成物中には、さらに加硫剤、加硫促進剤、軟化剤、充填剤、加工助剤などの各種配合剤や添加剤を添加してもよい。

コート層４は、トナーへの帯電付与特性を制御することができ、０．１〜３μｍ厚であって、アクリル樹脂などのバインダー樹脂とフッ素ウレタン樹脂のブレンドからなり、導電性付与材や表面改質剤を添加、分散させた被膜からなる。

導電性ウレタン樹脂内層の上に表面層を設けたコート層に用いられるアクリル樹脂は、グラフト１級アミノ基を側鎖に持ち、主鎖がアクリル系のアミノエチル化ポリマーである。
フッ素ウレタン樹脂は、ウレタンポリマーとフッ素の共重合樹脂であって、大日精化（社）製商品名「ダイアロマー」を用いることができる。

本発明の導電性ローラは、電子写真装置、複写機、プリンター、ＦＡＸ及びこれらの複合機などの現像ローラとして好適に用いることができるが、帯電ローラ、転写ローラ、クリーニングローラなどとしても使用することができる。

＜ロール表面粗さについて＞
本発明の、導電性ローラは、導電性ウレタン樹脂内層を形成した後、シリコンカーバイトなどを砥粒種とする研磨テープを用いて、表面を研磨し表面粗さＲｚを、７μｍ以上にすることが好ましい。ローラの表面粗さは、Ｒｚ７μｍ〜１７μｍが望ましいが、さらに望ましくは７〜１３μｍであって、研磨テープの番手Ｃ♯４００を使用することが適している。粗さの形成は、研磨テープの種類、粗さ、研磨時間などによってもコントロールされるが、製造誤差や測定誤差を考慮すると、２μｍの幅が発生するのが通例である。本発明では、仕上がり精度を考慮すると前記の表面粗さＲｚの量は、２μｍ程度内側の値を設計精度とすることが好ましい。
この研磨後にコート層を形成し、表面粗さを測定する。例えば、測定方向は周方向に測定し、中央、中央から左右３０ｍｍの位置などを測定する。測定手段は、ミツトヨ社製ＳＶ−３０００等の測定機を使用することができる。

＜電気抵抗について＞
本発明の導電性ローラの導電性能は、通常の測定方法による。例えばＳＵＳ板にローラを置き、両端５００ｇ荷重をのせ、３０Ｖ印加電圧をかけ、３０ｓ後の抵抗値を測定する。

＜かぶりの発生防止について＞
本発明は、現像ローラの表面層の組成、性状を特定することにより、トナーの帯電をシャープにすることにして、感光体の未露光部へのトナーのはみ出しを防止するものである。
電子写真印刷においてかぶりの発生は、トナーへの帯電付与能力が不十分である場合に、発生すると考えられる。感光体の露光部へ摩擦帯電によってマイナス電荷を帯びたトナー粒子が付着して像が形成されるが、感光体の未露光部にトナーが移動してしまうと、本来白地となる紙の部分にトナーがはみ出してしまい、かぶりの原因となってしまう。これは、トナーの帯電状態から見ると、摩擦帯電されたトナーのうちマイナス帯電の弱い部分が感光体の未露光部にはみ出しやすい。摩擦帯電は、現像ローラ上でトナー粒子を現像ブレードで摺擦して、摩擦帯電する。本発明は、このような帯電とトナーの移行に起因するかぶりの問題を解消する現像ローラを提供する。

以下に実施例を掲げて本発明を説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
本実施例の導電性ローラ１は、軸体２の周囲に 導電性ウレタン樹脂内層３を形成し、さらにその表面にコート層４を設けるものである。

＜導電性ウレタン樹脂内層の作製＞
ポリオールとしてエクセノールＳ３００３（ポリエーテルポリオール、旭硝子製 ＯＨｖ＝５６ｍｇＫＯＨ／ｇ、ＭＷ３０００）にあらかじめ導電性カーボンである４５Ｌ（三菱化学製）を５ｗｔ％ロール分散したものと、さらに所定のウレタン硬度を得るために、スミフェンＴＭ（ポリオキシアルキレンポリオール、住化バイエルウレタン製 ＯＨｖ＝３６３ｍｇＫＯＨ／ｇ、ＭＷ４００）を用いた。
そして、反応性促進触媒として、ＵＬ２８（ジメチル脂肪酸モノカルボン酸塩 活材ケミカル製）をウレタン総量に対し、５０ｐｐｍ添加混合した。
これらポリオールと触媒を主剤として、硬化剤のイソシアネートは、タケネートＴ５００（１，３−ビス（イソシアネートメチル）ベンゼン メタキシレンジイソシアネート、三井武田ケミカル製）を主剤１００ｇに対し、１３ｇ計量、混合し金型に流し込み１２５℃で８分硬化させ、脱型後室温で８ｈ熟成した。
さらに研磨して、寸法を作り込み、且つ表面粗さコントロールとして、研磨テープの番手をＣ＃８００のものを使用し、内層を作製した。

＜コート層の作製＞
アクリル樹脂としてＮＫ３８０（主鎖アクリル樹脂、側鎖にアミノ基をもつ樹脂、日本触媒製、固形分３０％）、フッ素系ウレタン樹脂として、（大日精化製、ダイアロマーＦＦ １２１ＤＮ，固形分３５％）を用いた。また比較例としてのフッ素樹脂は、(ゼッフルＧＫ５５０、ダイキン工業製、固形分６０％)を用いた。
表面改質剤は、ＦＭ０７２１（Ｓｉオイル、チッソ製）を使用した。
また抵抗調整として、分散カーボン（セイカブラックＳＳ−０１−９４２、大日精化製、固形分２４％）を使用した。これら添加剤に対し、バインダー樹脂固形分が、３．０％となるように溶剤、（ＴＨＦ／ＭＥＫ＝７／３）で希釈したものを外層塗工液として使用した。
塗工は、ディップコート法により、ローラにコートし、１００℃で２時間乾燥し、製膜した。

比較例１、２と実施例２、３、４はいずれも導電性ウレタン内層は同じで、コート層のフッ素系ウレタン樹脂の添加量のみを変量した。

＜評価方法＞
白地かぶりの評価
高温高湿（ＨＨ）環境下（２８℃×８０％）で４Ｋ（１Ｋ＝１０００枚）枚耐刷印字した後、一晩放置する。その後かぶり評価は、評価感度を上げるため、白ベタ画像を３枚出力し、ＯＰＣ上のトナー（メンディングテープ貼り付け）を分光側色計で評価した。（白ベタ画像のトナー残り評価より、ＯＰＣ上のトナー（紙へ転写する前のトナー）を評価した方が、より精度よく評価できる。）
４以下を合格値とする。

ベタ濃度の評価
ベタ印字画像において、マクベス濃度計で評価した。１．１３〜１．３７を合格値とする。

これらの試験結果から、コート層である最外層として、アクリル樹脂１００重量部に対して、フッ素ウレタン樹脂を添加しない比較例３に対して２重量部添加した比較例１では格段に白地かぶり抑制効果が認められるので、フッ素ウレタン樹脂の添加効果が認められる。
特に、コート層である最外層として、フッ素ウレタン樹脂をバインダー樹脂１００重量部に対して３〜１５重量部を添加した実施例１〜５が白地かぶりを抑制することができ十分なベタ濃度を実現することができることが確認できた。特に、実施例２〜４に示されるようバインダー樹脂１００重量部に対してフッ素ウレタン樹脂を５〜９重量部添加した場合に白地かぶりが３．１〜３．２と低い値を示している。
フッ素ウレタン樹脂を２重量部添加した比較例１では、白地かぶり抑制効果が十分ではない。また、１６重量部添加した比較例２では白地かぶりが実施例５の１５重量部添加に比べて格段に悪い結果となっている。そして、比較例４に示されるようにフッ素樹脂を添加した場合には、白地かぶり及びベタ濃度は不良を示し、フッ素ウレタン樹脂の優位性が示されている。

１ 導電性ローラ
２ 軸体
３ 導電弾性層
４ 表面層

Claims (3)

1. 弾性層とその上の一層以上の層からなる積層構造であって、最外層にバインダー樹脂成分としてのアクリル樹脂に、機能性付与として、フッ素系ウレタン樹脂を前記バインダー樹脂１００重量部に対して３〜１５重量部添加している事を特徴とする電子写真用現像部材。
2. アクリル樹脂は、グラフト１級アミノ基を有するポリマー、スチレン系、若しくは非スチレン系ポリマーから選ばれた１種であることを特徴とする請求項１記載の電子写真用現像部材。
3. 電子写真用現像部材が、導電性ローラであることを特徴とする請求項１または２に記載された電子写真用現像部材。

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