JP6516571B2 - 現像剤担持体、電子写真プロセスカートリッジ及び電子写真画像形成装置 - Google Patents
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Description
R1は、炭素数1〜3のアルキル基を表し、
Uは、隣接する2つのウレタン結合の間に、
下記構造式(2)で示される構造と、
下記構造式(3)で示される構造及び下記構造式(4)で示される構造から選ばれる一方又は両方と、を有するウレタン樹脂を表し、
Lは、エステル結合(−O−C(=O)−)を含む2価の連結基を表す:
該変性アクリルウレタン樹脂は、
エステル結合を含む変性アクリルポリオールと、
該構造式(2)で示される構造と、該構造式(3)で示される構造及び該構造式(4)で示される構造から選ばれるいずれか一方の構造又は両方の構造と、を有するポリエーテルポリオールと、
イソシアネートと、の反応物であって、
該変性アクリルポリオール中のヒドロキシル基のモル数(A)と、該変性アクリルポリオール以外のすべてのポリオール中のヒドロキシル基のモル数(B)が、下記数式(1):
10.5≦(B)/(A)≦50 (1)
で示される関係を満たす、現像剤担持体が提供される。
導電性の基体2は、現像剤担持体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;導電性を有する合成樹脂の如き導電性の材質で構成される。
「DY39−051」、「DY39−012」、「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)。
弾性層3は、感光体の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されるような硬度や弾性を、現像剤担持体に付与するものである。この弾性層は、通常ゴム材料の成型体により形成される。
本発明に係る表面層4は、変性アクリルウレタン樹脂を含有し、該変性アクリルウレタン樹脂は、下記構造式(1)で示される構成単位を有する。
構造式(1)で示される変性アクリルウレタン樹脂は、
上記構造式(2)で示される構造と、上記構造式(3)で示される構造および上記構造式(4)で示される構造から選択されるいずれか一方または両方の構造とを有するポリエーテルポリオール、
アクリルポリオール、および、
イソシアネートとを反応させることによって得ることができる。
構造式(1)で示される変性アクリルウレタン樹脂において、構造単位Uは、隣接する2つのウレタン結合の間に、構造式(2)で示される構造と、構造式(3)で示される構造及び構造式(4)で示される構造から選ばれる一方又は両方の構造とを有している。
構造式(1)で示される変性アクリル樹脂において、構造単位Lには、アクリルポリオール由来のエステル結合が含まれる。
ポリオール成分と反応させるポリイソシアネート成分としては、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(p−MDI)、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。
通常、ポリウレタン樹脂の合成は、以下の如き方法が用いられる。
(i)ポリオールとポリイソシアネートを混合、反応させるワンショット法、
(ii)一部のポリオールとイソシアネートを反応させて得られるイソシアネート基末端プレポリマーと、低分子ジオール、低分子トリオールの如き鎖延長剤とを反応させる方法。
隣接するウレタン結合間に存在する構造式(2)で示される構造と、構造式(3)で示される構造及び構造式(4)で示される構造から選ばれる一方又は両方とを有するウレタン樹脂は、メチル基を側鎖に有するため、ポリウレタンとしては非常に低極性である。このため、ウレタン樹脂自体の水との親和性が低下し、ウレタン樹脂としては比較的低い吸水性を示す。低湿環境においては、その低極性ゆえに、ウレタン樹脂自体の、水との親和性が低下するため、画像形成の際に、残留電荷が減衰しにくくなる。そして、苛酷な低湿環境下では、電荷の残留が、電荷の減衰に勝り、電荷が蓄積していき、望む濃度とは異なる濃度の画像が出力されてしまう。
前述したように、本発明に係る表面層には、エステル結合が含有される。このため、隣接するウレタン結合間に存在する構造式(2)で示される構造と、構造式(3)で示される構造及び構造式(4)で示される構造から選ばれる一方又は両方とを有するウレタン樹脂と比較して、高温高湿下において粘着性の上昇が予想される。一方、特許文献3には、ウレタン樹脂にアクリル構造を含有させることによって、ポリウレタンの粘着性を抑制する技術が開示されている。
本発明においては、苛酷な低湿環境下での残留電荷低減化と、苛酷な高温高湿下での粘着性抑制化の両立の観点から、エーテル、エステル、アクリル構造の割合を適切に存在させることが必要となる。
発明者らの検討の結果、前記変性アクリルウレタン樹脂の原料となる変性アクリルポリオール中のヒドロキシル基のモル数(A)と、
前記変性アクリルウレタン樹脂の原料となる、前記変性アクリルポリオール以外のすべてのポリオール中のヒドロキシル基のモル数(B)が、下記数式(1)の関係を満たすことで、前記課題を高度に両立させることが可能であることが判明した。
10.5≦(B)/(A)≦50 (1)
表面層4の厚さは、1〜100μmの範囲であることが好ましい。
本発明の電子写真プロセスカートリッジは、現像部材、及び該現像部材と当接して配置されている感光体を具備し、電子写真画像形成装置の本体に着脱可能に構成されている。そして、該現像部材として、本発明に係る現像剤担持体を有している。また、本発明の電子写真画像形成装置は、本発明の現像剤担持体と当接して配置されている感光体を具備している。本発明の電子写真プロセスカートリッジ及び電子写真画像形成装置は、上記本発明の現像剤担持体を有するものであれば、複写機、ファクシミリ、又はプリンタに限定されるものではない。
本実施例中における数平均分子量(Mn)の測定に用いた装置、並びに条件は以下の通りである。
・測定機器:HLC−8120GPC(商品名、東ソー社製);
・カラム:TSKgel SuperHZMM(商品名、東ソー社製)×2本;
・溶媒:THF;
・温度:40℃;
・THFの流速:0.6ml/min。
基体として、SUS304製の直径6mmの芯金にプライマー(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。
上記で用意した、基体を金型内に配置し、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。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、基体の外周に直径12mmの弾性層を設けた。
反応容器中で、乾燥テトラヒドロフラン 230.7g(3.2モル)、乾燥3−メチルテトラヒドロフラン 68.9g(0.8モル)(モル混合比80/20)の混合物を、温度10℃に保持した。70質量%過塩素酸13.1g、及び無水酢酸 120gを加え、2.5時間反応を行った。次に反応混合物を20質量%水酸化ナトリウム水溶液600g中に注ぎ、精製を行った。さらに減圧下、残留する水及び溶媒成分を除去し、液状のポリエ−テルジオールA−1 218gを得た。数平均分子量は約2000、水酸基価は、57 KOH・mg/gだった。検討に供したポリオールを表1に示す。
撹拌装置、温度計、還流管および空気導入管を取り付けた反応容器に2−ヒドロキシエチルメタクリレート 245部、ε−カプロラクトン 160部、重合抑制剤としてハイドロキノンモノメチルエーテル 0.2部、反応触媒として塩化第1スズ 0.02部を入れ、空気を通じながら100℃で24時間反応させ、ラクトン変性2−ヒドロキシエチルメタクリレートを得た。
撹拌装置、温度計、還流管および空気導入管を取り付けた反応容器に2−ヒドロキシプロピルメタクリレート 245部、ε−カプロラクトン160部、重合抑制剤としてハイドロキノンモノメチルエーテル 0.2部、反応触媒として塩化第1スズ 0.02部を入れ、空気を通じながら100℃で24時間反応させ、ラクトン変性2−ヒドロキシプロピルメタクリレートを得た。
撹拌装置、温度計、還流管および空気導入管を取り付けた反応容器に2−ヒドロキシエチルメタクリレート 245部、ε−カプロラクトン 160部、重合抑制剤としてハイドロキノンモノメチルエーテル 0.2部、反応触媒として塩化第1スズ 0.02部を入れ、空気を通じながら100℃で24時間反応させ、ラクトン変性2−ヒドロキシエチルメタクリレートを得た。
撹拌装置、温度計、還流管および空気導入管を取り付けた反応容器に2−ヒドロキシプロピルメタクリレート 245部、ε−カプロラクトン160部、重合抑制剤としてハイドロキノンモノメチルエーテル 0.2部、反応触媒として塩化第1スズ 0.02部を入れ、空気を通じながら100℃で24時間反応させ、ラクトン変性2−ヒドロキシプロピルメタクリレートを得た。
撹拌装置、温度計、還流管、滴下装置および窒素ガス導入管を取り付けた反応容器に乾燥メチルエチルケトン 300質量部を仕込み、窒素ガス気流下で温度87℃に昇温し、加熱還流した。次に、2−ヒドロキシエチルメタクリレート 100.0質量部、開始剤(商品名、カヤエステルO;化薬アクゾ社製)0.2質量部の混合物を1時間かけて徐々に滴下した。そして、温度を87℃に保ったままさらに3時間加熱還流した。次に放冷して温度を室温まで下げ、アクリルポリオール B−5を得た。数平均分子量は約3000、水酸基価は、126 KOH・mg/gだった。
撹拌装置、温度計、還流管、滴下装置および窒素ガス導入管を取り付けた反応容器に乾燥メチルエチルケトン 300質量部を仕込み、窒素ガス気流下で温度87℃に昇温し、加熱還流した。次に、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート 100.0質量部、開始剤(商品名、カヤエステルO;化薬アクゾ社製)0.2質量部の混合物を1時間かけて徐々に滴下した。そして、温度を87℃に保ったままさらに3時間加熱還流した。次に放冷して温度を室温まで下げ、アクリルポリオール B−6を得た。数平均分子量は約3000、水酸基価は、124 KOH・mg/gだった。検討に供したアクリルポリオールを表2に示す。
窒素雰囲気下、反応容器中で、ポリメリックMDI(商品名、ミリオネートMT;日本ポリウレタン工業社製)76.7質量部をメチルエチルケトン 80.0質量部に溶解した。次にポリエーテルジオールA−1 200.0gのメチルエチルケトン 70.0質量部溶液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、イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー C−1 229gを得た。イソシアネート含有量4.7質量%、固形分65質量%だった。
窒素雰囲気下、反応容器中で、ポリメリックMDI(商品名、ミリオネートMT;日本ポリウレタン工業社製)76.7質量部をメチルエチルケトン 80.0質量部に溶解した。次に3−メチルペンタンジオールとアジピン酸の共重合体であるポリエステルジオール(商品名、クラレポリオールP−2010;クラレ社製) 200.0gのメチルエチルケトン 70.0質量部溶液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、イソシアネート基末端ウレタンプレポリマー C−2 233gを得た。イソシアネート含有量4.8質量%、固形分65質量%だった。
イソシアネート含有量33.6質量%、固形分100質量%である、ポリメリックMDI(商品名、ミリオネートMT;日本ポリウレタン工業社製)を用いた。
以下に、本発明に係るローラ形状の現像剤担持体(以下、「現像ローラ」ともいう)の製造法について説明する。
用いるポリオールを、ポリエーテルジオール A−1のみに変更すること以外は、実施例1と同様にして比較例1の現像ローラを得た。
用いるポリオールを、3−メチルペンタンジオールとアジピン酸の共重合体であるポリエステルジオール(商品名、クラレポリオールP−2010;クラレ社製)のみに変更すること、また、用いるイソシアネートを、イソシアネート基末端プレポリマー C−2に変更すること以外は、実施例1と同様にして比較例2の現像ローラを得た。
用いるポリオールを、アクリルポリオール B−5のみに変更すること、また、用いるイソシアネートを、イソシアネート基末端プレポリマー C−2に変更すること以外は、実施例1と同様にして比較例3の現像ローラを得た。
用いるポリオールを、3−メチルペンタンジオールとアジピン酸の共重合体であるポリエステルジオール(商品名、クラレポリオールP−2010;クラレ社製)のみに変更すること、また、用いるイソシアネートを、イソシアネート基末端プレポリマー C−3に変更すること以外は、実施例1と同様にして比較例4の現像ローラを得た。
用いるポリオールを、クラレポリオールP−2010(商品名、クラレ社製)のみに変更すること、また、用いるイソシアネートを、イソシアネート C−3に変更すること以外は、実施例1と同様にして比較例5の現像ローラを得た。
本検討では、コロナ放電器を用いて弾性層表面に電荷を放射し、実際の残留電荷を計測することで評価を行った。残留電荷が多く存在する場合は、電位の値として、高く測定される。そのため、現像ローラについて平均電位を求め、電荷の残留しやすさの指標として用いた。詳細については、以下に述べる。
1)コロナ放電器51から弾性層ローラ54表面に電荷を放射する。
2)電位計のプローブ52が測定位置に来るまでの遅延時間の間に弾性層ローラ54表面の電荷が導電性の基体55を通じてアースへ逃げる。
3)弾性層ローラ54の表面の残留電荷の量を電位として電位計で測定する。
上記測定から、弾性層ローラ54上の残留電荷の量について評価することが可能である。
図3のような構成を有するレーザープリンタ(商品名、LBP7700C;キヤノン(株)社製)用のブラックのプロセスカートリッジを、気温10℃、相対湿度5%RHの環境下に24時間置いた。
AA:濃淡差が全く見られない。
A:観察する角度によってわずかな濃淡差が確認できる。
B:現像ローラ1周分のゴーストが確認できる。
C:現像ローラ1周分のゴーストが明確に確認できる。
D:現像ローラ2周分以上に亘って確認できる。
上記機種のブラックのプロセスカートリッジを用意し、気温40℃、相対湿度95%RHの環境下に24時間置いた。
2 基体
3 弾性層
4 表面層
Claims (6)
- 導電性の基体、
該基体の上の弾性層、および
該弾性層の表面を被覆している表面層を有する現像剤担持体であって、
該表面層は、変性アクリルウレタン樹脂を含有し、
該変性アクリルウレタン樹脂は、下記構造式(1)で示される構成単位を有し、
R1は、炭素数1〜3のアルキル基を表し、
Uは、隣接する2つのウレタン結合の間に、
下記構造式(2)で示される構造と、
下記構造式(3)で示される構造及び下記構造式(4)で示される構造から選ばれる一方又は両方と、を有するウレタン樹脂を表し、
Lは、エステル結合(−O−C(=O)−)を含む2価の連結基を表す:
該変性アクリルウレタン樹脂は、
エステル結合を含む変性アクリルポリオールと、
該構造式(2)で示される構造と、該構造式(3)で示される構造及び該構造式(4)で示される構造から選ばれるいずれか一方の構造又は両方の構造と、を有するポリエーテルポリオールと、
イソシアネートと、の反応物であって、
該変性アクリルポリオール中のヒドロキシル基のモル数(A)と、該変性アクリルポリオール以外のすべてのポリオール中のヒドロキシル基のモル数(B)が、下記数式(1):
10.5≦(B)/(A)≦50 (1)
で示される関係を満たす、ことを特徴とする現像剤担持体。 - 前記エステル結合を含む変性アクリルポリオールが、ラクトン変性した水酸基含有メタアクリレートの重合体である請求項1に記載の現像剤担持体。
- 前記エステル結合を含む変性アクリルポリオールが、ラクトン変性した水酸基含有メタアクリレートとスチレンとの共重合体である請求項1または2に記載の現像剤担持体。
- 前記ポリエーテルポリオールが、テトラヒドロフランと3−メチルテトラヒドロフランとの反応物である請求項1〜3のいずれか一項に記載の現像剤担持体。
- 静電潜像が形成される感光体と、該感光体上の静電潜像を現像する現像部材とを具備し、電子写真画像形成装置の本体に着脱可能な電子写真プロセスカートリッジにおいて、前記現像部材が請求項1〜4のいずれか一項に記載の現像剤担持体であることを特徴とする、電子写真プロセスカートリッジ。
- 静電潜像が形成される感光体と、該感光体上の静電潜像を現像する現像部材とを具備する電子写真画像形成装置において、前記現像部材が請求項1〜4のいずれか一項に記載の現像剤担持体であることを特徴とする、電子写真画像形成装置。
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