JP5897231B1 - 現像ロール用ゴム部材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
このように被覆層を多孔質体とすることによって、被覆層表面に粗面を構成している。
(1)現像ロールの表面において、均一な粗面を形成していること、
(2)柔軟性を維持しながら、相手部材やトナーに対してダメージや、トナーストレスなどを与えないこと、
(3)ゴムの影響を十分に回避できるだけの厚さを確保することができること、
(4)非粘着化、低摩擦化を実現できること、
が求められる。
反応性シリコーン油と、イソシアネート化合物と、これらの両方を溶解できる希釈溶剤と、を反応容器に入れて、
該反応容器内の希釈溶剤中で、前記反応性シリコーン油とイソシアネート化合物を反応させて、前記溶剤に溶解が維持されている状態で高分子化させた状態にするプレポリマー化反応を行い、
次いで、該プレポリマー化反応によって生じた反応溶液に、ポリオール及びイソシアネート化合物溶液を混合し、さらに前記シリコーンゴム粒子を配合して、前記シリコーンゴム粒子とバインダーからなる被覆層成分の塗布液を作製し、
前記被覆層成分の塗布液を、前記現像ロールの周囲に塗布・硬化させて形成することを特徴とする現像ロール用ゴム部材の製造方法。
該被覆層成分は、
(A)反応性シリコーン油とイソシアネート化合物のプレポリマー化反応溶液、ポリオール、及びイソシアネート化合物溶液からなるバインダーと、
(B)シリコーンゴム粒子とを含むことを特徴とする現像ロール用ゴム部材。
本発明の現像ロール用ゴム部材の製造方法は、ゴム基材層を有する現像ロールの周囲に、シリコーンゴム粒子とバインダーからなる被覆層成分を塗布、硬化させて得られる。
本発明において、被覆層を形成する際に、被覆層成分を混合、分散させたコーティング液を塗布後、液状の状態を所定時間維持して、図2に示すように、ゴム粒子101を層内上層部に移動させた後、硬化させることが好ましい。
ゴム粒子は、メディアを用いたものでは、ボールミル、アトライター、バスケットミル、サンドミル、サンドグラインダー、ダイノーミル、ディスパーマット、SCミル、スパイクミル、アジテーターミル等で、バインダーとともに分散し、また、メディアを用いないものとしては、超音波、ホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、ナノマイザー、デソルバー、ディスパー、高速インペラー分散機などで分散する。
<反応性シリコーン油>
本発明において使用される反応性シリコーン油は、イソシアネート化合物と反応し得るものであって、活性水素を有する反応性シリコーン油が好ましく用いられる。
本発明において使用するイソシアネート化合物としては、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、トリレンジイソシアネート(TDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)等のジイソシアネート、およびそれらのビュレット変性体、イソシアヌレート変性体、ウレタン変性体等を好ましく使用することができる。
本発明において使用されるポリオールは、常温(20〜30℃)で液状のものであることが好ましく、各種のポリオールが使用できる。帯電性を有することが必要であり、ポリオールとしては、イソシアネート化合物と反応して摩擦帯電列が大きい被覆層(ポリウレタン)を生成し得るものが好ましい。
本発明に用いられるシリコーンゴム粒子としては、特にこれらに限定されるものではないが、たとえばジメチルポリシロキサンなどオルガノポリシロキサン、ポリオルガノシルセスオキサンを架橋した構造のものが好ましい。
例えばメチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシキラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルトリブトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、N−(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3,3,3−トリフロロプロピルトリメトキシシラン、3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフロロヘキシルトリメトキシシラン、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10−ヘプタデカフロロデシルトリメトキシシラン等を、単独あるいは2種以上の組合せで使用することができる。)
希釈溶剤としては、反応性シリコーン油やイソシアネート化合物の両方を溶解できる希釈溶剤が用いられる。
かかる希釈溶剤としては、水系、有機溶剤系があり、乾燥速度に応じて、低沸点溶剤、高沸点溶剤を組み合わせて使用することができる。
可塑剤をバインダーに添加することにより、被膜層の硬さを下げることができ、トナーの劣化、白スジの発生をより防止することができるため好ましい。
本発明の被覆層を構成するプレポリマー中のシリコーン油の配合比率は、固形比で5〜95%の範囲が好ましく、目的とする配合比率で設定することができる。
本発明の被覆層を構成する塗布液(コーティング液)の配合処方としては、固形分重量%(固形分比率)として、シリコーンゴム粒子が3〜30重量%の範囲が好ましく、さらに好ましくは5〜20重量%である。
上記の製造方法で得られた現像ロール用ゴム部材(被覆層)の硬さとしては、好ましくは高分子計器製マイクロ光度計 MD−1によって測定した硬度で、硬度(JIS K6253:1997)デュロメータA(瞬時)が5度以上50度以下であり、好ましくは10度以上45度以下となるゴム状に調整される。
被覆層表面の形状は、表面に集積したシリコーンゴム粒子によって、表面凹凸が形成されている。
現像ロールのゴム基材層としては、シリコーンゴム、ポリウレタン系エラストマー、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴム(HNBR)、クロロプレンゴム(CR)、エピクロロヒドリンゴム(ECO)等が挙げられるが、特に限定されるものではない。
<プレポリマーの作成>
・ウレタン変性ヘキサメチレンジイソシアネート(固形分濃度80%)(旭化成工業社製「デュラネートE402-80B」) 5.6重量%
・反応性シリコーン油(信越化学工業社製「X-22-160AS」)
45.5重量%
・酢酸ブチル 48.9重量%
以上の各成分を混合し、120℃において3時間反応させ、プレポリマーを得た。
・プレポリマー 24.69重量%
・フッ素含有ポリオール(固形分濃度50%)(ダイキン工業社製「ゼッフルGK510」) 10.2重量%
・ウレタン変性ヘキサメチレンジイソシアネート(固形分濃度80%)(旭化成工業社製「デュラネートE402-80B」) 16.45重量%
・希釈溶剤;酢酸ブチル 45.26重量%
作成した分散液に、シリコーンゴム粒子(東レダウコーニング社製「EP-2720」:硬度(JIS K6253:1997)デュロメータA(瞬時)70度、平均粒子径2μm(1〜2μm))3.4重量部を混合し、コーティング液(1)とした。
外径が10mmの鉄製のシャフト芯材に、体積抵抗率(JIS C 2139(2008))が106Ωcmで、硬度(JIS K6253:1997)デュロメータA(瞬時)が45度の導電性シリコーンゴムを被覆して、円筒研削盤の研磨によって、JIS B 0601(1994)による10点平均粗さを8μm(Rz)に調整し、外径が16mmのゴム基材層を形成し、ゴム被覆ロールとした。
予め、上記コーティング液(1)をビーズミルで、高速撹拌して分散させた後、さらにスターラーで10分間撹拌することにより、コーティング液(2)を調製した。
上記ゴム被覆ロールの表面に、プライマーとして、信越シリコーン社製「KBP−40」をスプレー塗布し、次いで、その塗布面に、上記のコーティング液(2)をスプレー塗布した。
その後、160℃40分加熱処理して、塗膜を硬化させ、被覆層である現像ロール用ゴム部材を形成することで、現像ロールを製作した。
この際の表面被覆層の厚みは7μmであった。
実施例1で得られた現像ロール用ゴム部材に対して、下記の項目について評価を行ない、結果を表1に示した。
ASTM D−1894(JIS K7125:1999、ISO8295:1995)に準じ、新東科学製表面性試験機「ヘイドン・トライボギア」によって、厚み2mmのゴムシート表面に、上記で得られたコーティング液(2)を表面被覆層厚みが10μmになるように、スプレー塗布し、焼成後、動摩擦係数を測定した。その結果を表1に示した。
(試験条件)
相手材:直径10mmのSUS304鋼球、
移動速度:50mm/分、
荷重:0.49N、
振幅:50mm
得られた現像ロール用ゴム部材について、JIS K5600−5−6:1999(ISO2409:1992)に準じ、碁盤目試験後テープ剥離試験を実施し、接着性を以下の基準で評価し、その結果を表1に示した。
<評価基準>
○:屈曲部のコーティング膜の剥れなし、カット線に波打ちなし
△:屈曲部のコーティング膜の剥れなし、カット線に波打ちあり
×:屈曲部のコーティング膜の剥れあり
上記ゴム被覆ロール表面に、プライマー塗布後、コーティング液(2)を厚さ10μmになるように、スプレー塗布し、焼成して、被覆用ゴム部材を形成した。
得られた被覆用ゴム部材の表層(被覆層)を厚さ5mmにスライスして、ゴムシートを形成し、そのシートを50%伸ばした状態で、目視により白色に変色するかどうかを確認し、また顕微鏡においてシート(被覆層)にクラックが発生したか否かを確認して、以下の基準で評価し、その結果を表1に示した。
<評価基準>
○:被覆層のクラックなし、白色変色なし
△:被覆層のクラックあり、白色変色あり
×:被覆層のクラックが大きく、白色変色あり
コーティング液をPTFE表面に100μm塗布し、160℃30分焼成後、PTFEから剥がし、100μmのシートを20枚程度重ね合わせて、2mmの厚みとし、高分子計器株式会社マイクロゴム硬度計MD−1で硬さ(硬度(JIS K6253:1997)デュロメータA(瞬時))を測定した。
結果を表1に示した。
MD−1硬度が20〜33の範囲であれば、トナーにストレスを与えないため良好と評価できる。
ゴム部材被覆層表面を、キーエンス製レーザー顕微鏡「VK−9700」を用いて、1000倍、3000倍の倍率で撮影し、被覆層表面の凹みの開口部幅を評価し、その結果を表1に示した。
ゴム部材被覆層表面を、キーエンス製レーザー顕微鏡「VK−9700」を用いて、1000倍、3000倍の倍率で撮影し、被覆層表面の凹みの開口部深さを評価し、その結果を表1に示した。
キーエンス製レーザー顕微鏡「VK−9700」を用いて、3000倍の倍率で、ロール表面の任意の三箇所を撮影した。任意の三箇所を撮影することで、配合ゴム粒子による凸部の輪郭が黒色に表される。
この輪郭が黒色、かつ円形度0.5以上の部分をゴム粒子部と考えて、画像中の50μm×50μmの範囲のゴム粒子個数を測定し、以下の基準で評価して、その結果を表1に示した。ゴム粒子個数200個以上であれば良好、ゴム粒子個数100個以上200個未満であればやや不良、ゴム粒子個数100個未満であれば不良と評価できる。
現像ロール上にあって、現像ブレードを通過した後のトナーを吸引し、濾紙上に溜まったトナーを秤量して、単位面積当たりのトナー量(mg/cm2)を測定した。その結果を表1に示した。
搬送量は0.4〜0.6mg/cm2が好ましく、さらに好ましくは0.4〜0.55mg/cm2である。これより多いと、トナー消費量が多くなってしまい、好ましくない。また、搬送量は少ないほどトルク燃費が良いが、0.4mg/cm2未満であると、印刷が薄くなってしまい、好ましくない。
トナーが現像ブレードと繰り返し摺擦されることにより、現像ブレードにトナー固着が起こり、トナー固着凸部でトナーの供給阻害を引き起こすことで、黒ベタ画像において、縦白スジ状模様として現れる画像欠陥を評価した。
得られたゴム部材(現像ロール)を、市販のモノクロレーザープリンター(ブラザー株式会社製「HL−2240D」)のカートリッジ(ブラザー株式会社製「TN−27J」)に組み込んで、低温低湿環境下(10℃20%RH)、1%濃度/枚で3500枚通紙耐久試験を行い、500枚ごとに黒ベタ画像を印字して、縦スジの発生を目視で確認した。
(1%濃度/枚:印字1枚に対し、印字領域全面の1%領域にトナー(黒色)を配し、定着させた画像)
(黒ベタ画像:印字領域全面にトナー(黒色)を配し、定着させた画像)
縦スジ画像不良の判定基準は以下の通りに行なった。判定結果を表1に示した。
<判定基準>
◎:通紙枚数3500枚において、縦スジ発生なし。
○:通紙枚数2000枚において、縦スジ発生なし。
△:通紙枚数1500枚において、縦スジ発生あり。
×:通紙枚数1000枚以下において、縦スジ発生あり。
所定の枚数印刷後、トナーが現像ロールと感光体ドラム、規制ブレードとの繰り返しの摩擦による、現像ロール表面へのトナー成分の固着、いわゆるフィルミングを引き起こさずに、所望の黒ベタ画像濃度を維持できるか評価した。ロールの仕様は、初期画像で目標濃度を得られていた。
各仕様のロールを市販のモノクロレーザープリンター(ブラザー株式会社製「HL−2240D」)のカートリッジ(ブラザー株式会社製「TN−27J」)に組み込んで、低温低湿環境下(10℃、20%RH)、1%濃度/枚で3000枚通紙耐久試験を行い、2500枚後に黒ベタ部(25mm×25mm)を上下左右4箇所設けた画像パターンを印字して、白黒透過濃度計(X−rite株式会社製「X−rite310T」)で、透過濃度の測定を合計12点(黒ベタ部 1箇所/3点)行い、平均値を算出した。その結果を表1に示した。
画像濃度が1.90以上であると画像濃度良好として評価できる。
高温環境下、長期保存した後、室温環境下で印字した場合における、現像ロールと感光体ドラム、規制ブレードとの当接部分で圧縮永久歪による凹み、またはトナー固着凸部が形成されることによるトナーの供給阻害によって、印字ベタ画像が横白スジ模様として表れる画像欠陥の程度を評価した。
各仕様のロールを市販のモノクロレーザープリンター(ブラザー株式会社製「HL−2240D」)のカートリッジ(ブラザー株式会社製「TN−27J」)に組み込んで、高温環境(45℃、90%RH)下、カートリッジをドラムユニットに装着した状態で120時間放置し、取り出して常温下に8時間以上放置した後、黒ベタ画像1枚、ハーフトーン画像20枚、黒ベタ画像1枚を連続印字した。
最後の黒ベタ画像に、周期的な横白スジ画像の発生があるかを目視で確認し、以下の基準で評価した。その結果を表1に示した。
<評価基準>
○:横スジなし
×:横スジあり
実施例1において、実施例1に示す配合量を、表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にしてコーティング液(1)を得た。
次いで、上記コーティング液(1)から実施例1と同様にコーティング液(2)を調製し、次いで、実施例1と同様に得られた現像ロール用ゴム部材に対して、実施例1で示す項目について評価を行ない、結果を表1に示した。
実施例1において、実施例1に示す配合処方に、反応性シリコーン油(信越化学工業社製「X−22−160AS」)を加え、プレポリマーを0重量部とし、各配合量を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にしてコーティング液(1)を得た。
次いで、上記コーティング液(1)から実施例1と同様にコーティング液(2)を調製し、次いで、実施例1と同様に得られた現像ロール用ゴム部材に対して、実施例1で示す項目について評価を行ない、結果を表1に示した。
実施例1において、実施例1に示す配合処方において、プレポリマーを0重量部とし、各配合量を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にしてコーティング液(1)を得た。
次いで、上記コーティング液(1)から実施例1と同様にコーティング液(2)を調製し、次いで、実施例1と同様に得られた現像ロール用ゴム部材に対して、実施例1で示す項目について評価を行ない、結果を表1に示した。
実施例1において、実施例1に示す配合処方に、反応性シリコーン油(信越化学工業社製「X−22−160AS」)を加え、各配合量を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にしてコーティング液(1)を得た。
次いで、上記コーティング液(1)から実施例1と同様にコーティング液(2)を調製し、次いで、実施例1と同様に得られた現像ロール用ゴム部材に対して、実施例1で示す項目について評価を行ない、結果を表1に示した。
実施例1において、実施例1に示す配合処方における、シリコーンゴム粒子を、シリコーンゴム粒子(信越工業社製「KMP−600」:硬度(JIS K6253:1997)デュロメータA(瞬時)30度、平均粒子径5μm(1〜15μm))と変更した以外は、実施例1と同様にしてコーティング液(1)を得た。
次いで、上記コーティング液(1)から実施例1と同様にコーティング液(2)を調製し、次いで、実施例1と同様に得られた現像ロール用ゴム部材に対して、実施例1で示す項目について評価を行ない、結果を表1に示した。
実施例1において、実施例1に示す配合処方における、シリコーンゴム粒子を、シリコーンゴム粒子(モメンティブ社製「トスパール120」:硬度(JIS K6253:1997)デュロメータA(瞬時)95度、平均粒子径2μm(1〜3μm))と変更した以外は、実施例1と同様にしてコーティング液(1)を得た。
次いで、上記コーティング液(1)から実施例1と同様にコーティング液(2)を調製し、次いで、実施例1と同様に得られた現像ロール用ゴム部材に対して、実施例1で示す項目について評価を行ない、結果を表1に示した。
実施例1において、実施例1に示す配合処方を、以下のように変更した以外は、実施例1と同様にしてコーティング液(1)を得た。
(実施例1との変更点)
作成した分散液に配合するシリコーンゴム粒子(東レダウコーニング社製「EP-2720」)を以下のシリコーンゴム粒子に代えた。
<シリコーンゴム粒子>
東レダウコーニング社製「EP−2601」
硬度(JIS K6253:1997)デュロメータA(瞬時)40度
平均粒子径2μm(1〜2μm)
次いで、上記コーティング液(1)から実施例1と同様にコーティング液(2)を調製し、次いで、実施例1と同様に得られた現像ロール用ゴム部材に対して、実施例1で示す項目について評価を行ない、結果を表2に示した。
実施例1において、実施例1に示す配合処方を、以下のように変更した以外は、実施例1と同様にしてコーティング液(1)を得た。
(実施例1との変更点)
(1)ウレタン変性ヘキサメチレンジイソシアネートを、イソシアヌレート(DIC社製「バーノックDN−981」:固形分量76%)に変更した。
(2)シリコーンゴム粒子を、シリコーンゴム粒子(東レダウコーニング社製「EP−2601」:硬度(JIS K6253:1997)デュロメータA(瞬時)40度、平均粒子径2μm(1〜2μm))と変更した。
次いで、上記コーティング液(1)から実施例1と同様にコーティング液(2)を調製し、次いで、実施例1と同様に得られた現像ロール用ゴム部材に対して、実施例1で示す項目について評価を行ない、結果を表2に示した。
実施例1において、プレポリマー作成手法を以下のように代えた。
<プレポリマーの作成>
・イソシアヌレート(DIC社製「バーノックDN−981」:固形分量76%) 5.6重量%
・反応性シリコーン油(信越化学工業社製「X-22-160AS」)
45.5重量%
・酢酸ブチル 48.9重量%
以上の各成分を混合し、120℃において3時間反応させ、プレポリマーを得た。
次いで、実施例1における被覆層成分の塗布液(コーティング液)の作成処方を以下のように代えた。
<被覆層成分の塗布液(コーティング液)の作成>
・プレポリマー 26.51重量%
・フッ素含有ポリオール(固形分濃度50%)(ダイキン工業社製「ゼッフルGK510」) 8.5重量%
・イソシアヌレート(DIC社製「バーノックDN−981」:固形分量76%) 18.78重量%
・希釈溶剤;酢酸ブチル 45.19重量%
作成した分散液に、以下のシリコーンゴム粒子を混合し、コーティング液(1)とした。
<シリコーンゴム粒子>
東レダウコーニング社製「EP−2601」
硬度(JIS K6253:1997)デュロメータA(瞬時)40度
平均粒子径2μm(1〜2μm)
次いで、上記コーティング液(1)から実施例1と同様にコーティング液(2)を調製し、次いで、実施例1と同様に得られた現像ロール用ゴム部材に対して、実施例1で示す項目について評価を行ない、結果を表2に示した。
実施例と比較例1を比較すると、イソシアネートと反応性シリコーン油をあらかじめプレポリマーとして反応させずに含有させた場合、表面凹み開口部の幅が30μmと大きくなり、深さも6μmと深くなることがわかる。結果として、印刷縦スジが早い段階で見られることとなる。
11:芯材
12:ゴム基材層
13:被覆層
101:ゴム粒子
51:現像ロール
52:規制ブレード
53:供給ロール
54:感光体
55:トナー
Claims (8)
- ゴム基材層を有する現像ロールの周囲に、シリコーンゴム粒子とバインダーからなる被覆層成分を塗布、硬化させて得られる現像ロール用ゴム部材の製造方法であって、
反応性シリコーン油と、イソシアネート化合物と、これらの両方を溶解できる希釈溶剤と、を反応容器に入れて、
該反応容器内の希釈溶剤中で、前記反応性シリコーン油とイソシアネート化合物を反応させて、前記溶剤に溶解が維持されている状態で高分子化させた状態にするプレポリマー化反応を行い、
次いで、該プレポリマー化反応によって生じた反応溶液に、ポリオール及びイソシアネート化合物溶液を混合し、さらに前記シリコーンゴム粒子を配合して、前記シリコーンゴム粒子とバインダーからなる被覆層成分の塗布液を作製し、
前記被覆層成分の塗布液を、前記現像ロールの周囲に塗布・硬化させて形成することを特徴とする現像ロール用ゴム部材の製造方法。 - 前記希釈溶剤が、前記シリコーンゴム粒子を膨潤させる溶剤であることを特徴とする請求項1記載の現像ロール用ゴム部材の製造方法。
- 前記シリコーンゴム粒子は、表面にエポキシ基を有する球状シリコーンゴム粒子、又はメタクリル基を有する球状シリコーンゴム粒子であることを特徴とする請求項1又は2記載の現像ロール用ゴム部材の製造方法。
- 前記ポリオールが、フッ素含有ポリオールであることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の現像ロール用ゴム部材の製造方法。
- 前記被覆層のバインダーに可塑剤を配合することを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の現像ロール用ゴム部材の製造方法。
- 現像ロールの周囲に被覆層成分を硬化させて得られる現像ロール用ゴム部材であり、
該被覆層成分は、
(A)反応性シリコーン油とイソシアネート化合物のプレポリマー化反応溶液、ポリオール、及びイソシアネート化合物溶液からなるバインダーと、
(B)シリコーンゴム粒子とを含むことを特徴とする現像ロール用ゴム部材。 - 前記被覆層の硬度は、高分子計器社製高度計MD−1によって測定した硬度で、硬度(JIS K6253:1997)デュロメータA(瞬時)が5度以上50度以下であることを特徴とする請求項6記載の現像ロール用ゴム部材。
- 前記シリコーンゴム粒子間の被覆層表面凹みの開口部幅が20μm以下であり、深さが5μm以下であることを特徴とする請求項6又は7記載の現像ロール用ゴム部材。
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