JP7261091B2 - 現像ローラ及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、フィルミングが良好に防止され、耐久印字性能に優れる現像ローラ及びその現像ローラを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
図1に示すように、本発明の現像ローラ1は、軸体2の外周面に形成された弾性層3と、弾性層3の外周面に形成されたウレタン樹脂からなる被覆層4とを備えたものである。
そして、被覆層4は、エーテル基を含有しない水酸基含有イオン液体、水酸基含有イオン液体と異なるポリアクリルポリオール、ポリイソシアネートを含むウレタン樹脂組成物を硬化させてなるものである。
以下、本発明の現像ローラ1の構成について説明する。
軸体2は、好ましくは、導電性を有する、従来公知の現像ローラに用いられる軸体を用いることができる。軸体2は、例えば、鉄、アルミニウム、ステンレス鋼、及び真鍮からなる群より選択される少なくとも1種の金属で構成されていることが好ましい。このような金属で構成される軸体2は、一般に、「芯金」の名称でも知られている。
軸体2は、良好な導電性を得るために、芯金であることが好ましい。
弾性層3は、ゴム組成物を軸体2の外周面に加熱硬化して形成される。弾性層3を形成するためのゴム組成物は、ゴムと、導電性付与剤と、所望により各種添加剤とを含有するのが好ましい。
シリコーンゴム組成物としては、例えば、付加硬化型ミラブル導電性シリコーンゴム組成物、及び付加硬化型液状導電性シリコーンゴム組成物等が挙げられる。
付加硬化型ミラブル導電性シリコーンゴム組成物は、例えば、(A)下記平均組成式(1)で示されるオルガノポリシロキサン、(B)充填材、(C)導電性付与剤を含有するものであってよい。
R1 nSiO(4-n)/2 …(1)
式(1)中、nは1.95以上2.05以下の正数を示す。また、R1は、同一又は異なってもよい、置換又は非置換の一価の炭化水素基を示す。炭化水素基の炭素原子数は、好ましくは1以上12以下であり、より好ましくは1以上8以下である。
付加硬化型液状導電性シリコーンゴム組成物は、例えば、(D)分子中に2つ以上のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサンと、(E)分子中にケイ素原子と結合する水素原子を2つ以上有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンと、(F)充填材と、(G)導電性付与剤と、(H)付加反応触媒と、を含有していてよい。
R4 aSiO(4-a)/2 …(2)
式(2)中、aは1.5以上2.8以下の正数を示し、好ましくは1.8以上2.5以下、より好ましくは1.95以上2.05以下である。また、R4は、同一又は異なっていてよい、置換又は非置換の一価の炭化水素基を示す。ただし、一分子中のR4のうち少なくとも2つはアルケニル基である。炭化水素基の炭素原子数は、好ましくは1以上12以下であり、より好ましくは1以上8以下である。
R5 bHcSiO(4-b-c)/2 …(3)
式(3)中、bは0.7以上2.1以下の正数を示し、cは0.001以上1.0以下の正数を示し、b-cは0.8以上3.0以下である。また、R5は、同一又は異なっていてよい、置換又は非置換の一価の炭化水素基を示す。炭化水素基の炭素原子数は、1以上10以下であることが好ましい。なお、R5としては、上記R1として例示した基と同じ基が例示できる。
被覆層4は、弾性層3の外周であって、現像ローラ1の最表面に設けられるものであって、ウレタン樹脂からなるものである。被覆層4は、弾性層3、又は、所望により弾性層3上に形成されたプライマー層の外周面に、ウレタン樹脂組成物を塗工し、次いで、塗工されたウレタン樹脂組成物を加熱硬化させて形成される。
ウレタン樹脂組成物は、少なくとも(a)ポリアクリルポリオール、(b)ポリイソシアネート、及び(c)エーテル基を含有しない水酸基含有イオン液体を含有する。
以下、ウレタン樹脂組成物の各成分(a)~(c)について説明する。
ポリアクリルポリオールは、アクリル系モノマー由来の繰り返し単位と2つ以上のヒドロキシル基とを有していればよい。アクリル系モノマーは、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル、アクリルアミド等が挙げられる。
ポリアクリルポリオールのTgは-70℃~10℃であることが好ましく、-70℃~-10℃であることがより好ましい。
ポリイソシアネートは、分子内に好ましくは末端にイソシアネート基を少なくとも2つ有する、ポリウレタンの調製に通常使用される各種ポリイソシアネートであればよく、例えば、脂肪族ポリイソシアネート、芳香族ポリイソシアネート及びこれらの誘導体等が挙げられる。ポリイソシアネートは、画像形成装置の長期間にわたる待機又は停止後においても、また低湿度環境下においても高品質の画像を形成することができる点で、脂肪族ポリイソシアネートであることが好ましい。芳香族ポリ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。脂肪族ポリ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。
被覆層4を形成するウレタン樹脂組成物はエーテル基を含有しない水酸基含有イオン液体を含む。
「イオン液体」とは、陽イオンと陰イオンとからなるオニウム塩の1種であり、少なくとも室温付近の温度で液体状態にある高導電率を有する液体化合物であって、「イオン性液体」とも称される。本発明におけるイオン液体は、被覆層4に導電性を付与するイオン導電剤の役割を有する。イオン液体を用いることにより、長時間の印字による残電位を低減することができ、フィルミングを良好に抑制することができる。
脂肪族アミン系イオン液体は、陽イオンとして、脂肪族系アミン化合物の窒素原子に4つの置換基が結合してなるアンモニウムイオンを基本骨格とする脂肪族のアミン系イオン液体である。脂肪族系アミン化合物としては、例えば、脂環式アミン化合物及び脂肪族アミン化合物等が挙げられる。
(R11R12R13R14)N+イオン (4)
R11、R12、R13及びR14のうちの2つは、水酸基を少なくとも1個有する炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状又は環状の脂肪族有機基である。この2つの脂肪族有機基は、同一でも異なっていてもよい。R11、R12、R13及びR14の残り2つは、炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状又は環状のアルキル基又はアルケニル基であり、R11、R12、R13及びR14の2つで環を形成していてもよい。この2つのアルキル基又はアルケニル基は、同一でも異なっていてもよい。
エーテル基を含有しない水酸基含有ピリジニウム系イオン液体は、下記式(5)で表わされる基本骨格を陽イオンとするものである。
R22、R23、R24、R25、及びR26は、それぞれ、水素原子、アルキル基、アルケニル基、又は、少なくとも1つの水酸基を有する炭素数1~40の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のヒドロキシアルキル基である。R22、R23、R24、R25、及びR26は、同一でも異なっていてもよい。R22、R23、R24、R25、及びR26がヒドロキシアルキル基である場合、ヒドロキシアルキル基は1つでも複数でもよく、R21と基本的に同一である。R22、R23、R24、R25、及びR26の炭素数は、1~12がより好ましい。
上記ヒドロキシアルキル基としては、例えば、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、ヒドロキシイソプロピル基、ヒドロキシブチル基、ヒドロキシイソブチル基等が挙げられる。
エーテル基を含有しない水酸基含有ピリジニウム系イオン液体の陽イオンとしては、R21がヒドロキシエチルである有する2-ヒドロキシエチルピリジニウムイオンが好ましい。
エーテル基を含有しない水酸基含有のイミダゾリウム系イオン液体は、下記式(6)で表わされる基本骨格を陽イオンとするものである。
R32は、水素原子、炭素数1~40の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキル基、又は、少なくとも1つの水酸基を有する炭素数1~40の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のヒドロキシアルキル基である。R32は、より好ましくは、水素原子、又は、炭素数1~12のアルキル基である。
上記ヒドロキシアルキル基としては、例えば、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、ヒドロキシイソプロピル基、ヒドロキシブチル基、ヒドロキシイソブチル基等が挙げられる。
ヒドロキシアルケニル基としては、ヒドロキシプロペニル基、ヒドロキシブテニル基が挙げられる。
イオン液体の含有量を0.1質量部以上にすることにより、現像ローラに好ましい導電性を確保することができる。イオン液体の含有量を10質量部以下にすることにより、イオン液体の水酸基が2つ以上の場合は、架橋密度が過剰となることがなく、耐久印字による最表層コートの摩耗又はトナー劣化を抑制し、初期の画像を維持することができる。また、イオン液体の水酸基が1つの場合は、10質量部以下とすることにより、架橋密度が低下してフィルミングが発生するのを抑制することができる。
ポリアクリルポリオールとポリイソシアネートと水酸基含有イオン液体との混合物における混合割合は、ポリアクリルポリオールと水酸基含有イオン液体に含まれる水酸基(OH)、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。
本発明の現像ローラ1は、軸体2と弾性層3との間、及び弾性層3と被覆層4との間に、接着層又はプライマー層等の中間層を備えていてもよい。ここで、これらの中間層のうち、特に、弾性層3と被覆層4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1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1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2を参照して、説明する。
本発明の現像ローラ1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。
(プライマー層の形成)
無電解ニッケルメッキ処理が施された軸体(SUM22製、直径10mm、長さ275mm)を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軸体を、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、軸体の外周面にプライマー層を形成した。
次いで、弾性層を形成するためのシリコーンゴム組成物を次のように調製した。すなわち、両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖されたジメチルポリシロキサン(重合度300)100質量部、BET比表面積が110m2/gである疎水化処理されたヒュームドシリカ(商品名「R-972」、日本アエロジル株式会社製)1質量部、平均粒子径6μm、嵩密度が0.25g/cm3である珪藻土(商品名「オプライトW-3005S」、中央シリカ株式会社製)40質量部、及び、アセチレンブラック(商品名「デンカブラックHS-100」、デンカ株式会社製)5質量部、をプラネタリーミキサーに入れ、30分撹拌した後、3本ロールに1回通した。これを再度プラネタリーミキサーに戻し、両末端及び側鎖にSi-H基を有するメチルハイドロジェンポリシロキサン(重合度17、Si-H量0.0060mol/g)2.1質量部、エチニルシクロヘキサノール0.1質量部、白金系触媒(Pt濃度1質量%)0.1質量部を添加し、30分撹拌脱泡混練して、付加硬化型液状導電性シリコーンゴム組成物を調製した。
次いで、被覆層を形成するための樹脂組成物を次のように調製した。
なお、各実施例及び比較例のウレタン樹脂組成物における、(a)ポリアクリルポリオール、(b)ポリイソシアネートの合計含有量、(c)イオン液体の含有量(質量部)を表1に示す。
(a)ポリアクリルポリオール(エーテル基無し) 50質量部
(b)ポリイソシアネート(商品名「デュラネートTPA-100」、旭化成株式会社製)
21質量部
(c)イオン液体{ビス(2-ヒドロキシエチル)-メチル-(9-エン-オクタデシル)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}(下記構造式参照)
ポリイソシアネートと縮合系ポリアクリルポリオールとのモル比[NCO/OH]は1.1/1であった。
(d)表面粗さ材(シリカ)「(商品名「ACEMATT OK607」、エボニック製)」
4質量部
(e)カーボンブラック(商品名「トーカブラック#4500」、東海カーボン株式会社製) 3質量部
エーテル基を含有しない水酸基含有イオン液体として、ピリジニウム系{N-ヒドロキシエチルピリジニウム ビス(トリフルオロメタスルホニル)イミド}(下記構造式参照)を用い、配合量を0.7質量部とした以外は実施例1と同様に現像ローラを作製した。
エーテル基を含有しない水酸基含有イオン液体として、イミダゾリウム系{1-(2-ヒドロキシエチル)-3-メチルイミダゾリウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド}(下記構造式参照)を用い、配合量を7.1質量部とした以外は実施例1と同様に現像ローラを作製した。
硬化条件を160℃30分とした以外は、実施例1と同時に現像ローラを作製した。
硬化条件を160℃30分とした以外は、実施例2と同様に現像ローラを作製した。
硬化条件を160℃30分とした以外は、実施例3と同様に現像ローラを作製した。
イオン液体の配合量を7.1質量部とした以外は、比較例1と同様に現像ローラを作製した。
硬化条件を160℃30分とした以外は、比較例1と同様に現像ローラを作製した。
硬化条件を160℃30分とした以外は、比較例2と同様に現像ローラを作製した。
(フィルミングの評価)
作製した現像ローラを装着した画像形成装置を用い、温度23℃、湿度55%RHの条件で、10000枚印字した後の現像ローラの表面に付着している現像剤を吸引後、フィルミング重量測定ジグに転写した質量を測定した。フィルミング評価については、転写した現像剤の質量で下記基準により評価した。本試験において、フィルミング量は、評価がBであると合格である。
-評価基準-
A:転写した現像剤の質量が0mg以上0.02mg未満
B:転写した現像剤の質量が0.02mg以上0.05mg未満
C:転写した現像剤の質量が0.05mg以上0.08mg未満
D:転写した現像剤の質量が0.08以上
作製した現像ローラを装着した画像形成装置を用い、温度23℃、湿度55%RHの条件で、10枚印字した後の現像ローラの表面に付着している現像剤のM/A(単位面積当たりの質量、mg/cm2)を測定した。次に10000枚印字した後の現像ローラの表面に付着している現像剤をM/A測定した。耐久印字性能の評価に関しては、二つのM/Aの質量差を下記基準により評価した。本試験において、M/Aの質量差は、評価がBであると合格である。
-評価基準-
A:二つのM/Aの質量差の絶対値が0.05mg/cm2以下
B:二つのM/Aの質量差の絶対値が0.05mg/cm2より大きく0.10mg/cm2以下
C:二つのM/Aの質量差の絶対値が0.10mg/cm2より大きく、0.20以下
D:二つのM/Aの質量差の絶対値が0.20より大きい。
作製した現像ローラを装着した画像形成装置を用い、温度50℃、湿度80%RHの条件で、6日間放置しベタ印字を行なった。他部材汚染の評価に関しては、印字画像にOPC(像担持体)周期及び供給ローラ周期の白横筋、並びにブレード汚染による白縦筋の発生を下記の基準により評価した。評価はAであると合格である。
-評価基準-
A:ベタ印字画像にOPC周期の白横筋、供給ローラ周期の白横筋、及びブレード汚染による白縦筋のいずれも発生がなかった。
B:ベタ印字画像にOPC周期の白横筋、供給ローラ周期の白横筋、及びブレード汚染による白縦筋のいずれか一つの発生があった。
C:ベタ印字画像にOPC周期の白横筋、供給ローラ周期の白横筋、及びブレード汚染による白縦筋のいずれか二つの発生があった。
また、エーテル基を含有しないイオン液体を用いることによって、硬化温度を160℃から130℃に下げても、十分な架橋反応が起こることが分かる。これは、エーテル基を含有しないイオン液体を用いると、ウレタン樹脂組成物の含水率が低くなるため、温度が低い場合であってもウレタン樹脂材料の硬化が十分進むためと考えられる。
2 軸体
3 弾性層
4 被覆層
6 転写搬送ベルト
10 画像形成装置
11B、11C、11M、11Y 像担持体
12B、12C、12M、12Y 帯電手段
13B、13C、13M、13Y 露光手段
14B、14C、14M、14Y 転写手段
15B、15C、15M、15Y クリーニング手段
16 記録体
20B、20C、20M、20Y 現像装置
21B、21C、21M、21Y 筐体
22B、22C、22M、22Y 現像剤
23B、23C、23M、23Y 現像剤担持体
24B、24C、24M、24Y 現像剤量調節手段
25B、25C、25M、25Y トナー供給ローラ
30 定着手段
31 定着ローラ
32 加圧ローラ
33 無端ベルト支持ローラ
34 筐体
35 開口部
36 無端ベルト
41 カセット
42 支持ローラ
B、C、M、Y 現像ユニット
Claims (4)
- 軸体の外周面に形成された弾性層と、前記弾性層の外周面に形成されたウレタン樹脂からなる被覆層とを備えた導電性ローラであって、
前記被覆層が、エーテル基を含有しない水酸基含有イオン液体、該水酸基含有イオン液体と異なるポリアクリルポリオール、及びポリイソシアネートを含むウレタン樹脂組成物を硬化してなり、
前記エーテル基を含有しない水酸基含有イオン液体が、脂肪族アミン系イオン液体、ピリジニウム系イオン液体、又はイミダゾリウム系イオン液体であり、
前記脂肪族アミン系イオン液体のアンモニウムイオンは、下記式(4)で表され、
(R 11 R 12 R 13 R 14 )N + イオン (4)
R 11 、R 12 、R 13 及びR 14 のうちの2つは、水酸基を少なくとも1個有する炭素数1~20の直鎖状、分岐鎖状又は環状の脂肪族有機基であり、R 11 、R 12 、R 13 及びR 14 のうち脂肪族有機基以外の残り2つは、炭素数1~40の直鎖状又は分岐鎖状のアルケニル基である現像ローラ。 - 前記エーテル基を含有しない水酸基含有イオン液体の含有量が、前記ポリアクリルポリオール及び前記ポリイソシアネートの合計含有量を100質量部としたときに0.1質量部以上10質量部以下である請求項1記載の現像ローラ。
- 前記ポリアクリルポリオールが、エーテル基を有しない請求項1又は2項記載の現像ローラ。
- 請求項1から3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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