JP7297652B2 - 現像ローラ、現像装置及び画像形成装置 - 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、高温高湿条件下におけるかぶりを抑制し、高品質な画像を提供することが可能な現像ローラ、及びその現像ローラを用いた現像装置並びに画像形成装置を提供することを目的とする。
本発明者は、鋭意検討の結果、シリコーン変性ポリオールとイソシアネートによるウレタンは膨潤性が高く、化合物を含浸できるところに着目し、樹脂内部に有機金属化合物を反応又は固着させ、帯電の機能性を持たせることを見出し、本発明に至った。
[現像ローラ]
本発明の現像ローラ1は、軸体2と、軸体2の外表面に設けられる弾性層3と、弾性層3より外側に設けられる被覆層4を備える。本発明の現像ローラ1は、好ましくは、現像ローラとして用いられるものであるが、そのような用途に限定されるものではない。
軸体2は、好ましくは、導電特性を有する、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。なお、このような軸体2は、一般に、「芯金」の名称でも知られている。
上記のゴム組成物は、架橋によりシリコーンゴムを構成するゴム成分を含有することが好ましい。このようなゴム成分としては、例えば、オルガノポリシロキサン等のシリコーン生ゴムが挙げられる。
RnSiO(4-n)/2
[Rは、置換されていてもよい一価の炭化水素基を示す。炭化水素基の炭素数は、1以上12以下が好ましく、1以上8以下がより好ましい。複数のRは同一でも異なっていてもよい。nは1.95以上2.05以下の数を示す。]
被覆層4は、現像ローラ1の弾性層表面に設けられるものである。本発明において、被覆層4は下記(A)成分から(D)成分の混合物を塗布して硬化したものである。
(B)イソシアネート化合物
(C)粒子径が0.2μm以上10μm以下である粗さ剤
(D)希釈溶剤
シリコーン変性ポリオールは、両末端変性シリコーンオイル及びイソシアネート化合物からなる組成物を重合させプレポリマー化したものである。
両末端変性シリコーンオイルは、いわゆる、反応性シリコーンオイルの1種であり、イソシアネート化合物と重合する特性を有する。よって、両末端変性シリコーンオイルは、エーテル基、アミノ基(1級又は2級アミノ基)、メルカプト基、又はヒドロキシル基により、シリコーン鎖の両末端が変性されていることが好ましい。これらの両末端変性シリコーンオイルは、両末端エーテル変性シリコーンオイル、両末端アミノ変性シリコーンオイル、両末端メルカプト変性シリコーンオイル、両末端カルボキシル変性シリコーンオイル、両末端フェノール変性シリコーンオイル、両末端カルビノール変性シリコーンオイルとして市販されている。
片末端ジオール変性シリコーンオイルは、両末端変性シリコーンオイルと同様に、反応性シリコーンオイルであるが、シリコーン鎖の一方の末端に、2つのヒドロキシル基が結合しているものである。通常、両末端変性シリコーンオイルとイソシアネート化合物とを重合させた場合、直鎖状のポリウレタンが生成するが、片末端ジオール変性シリコーンオイルを併用することにより、ポリウレタンに分岐鎖が導入され、現像ローラ1のナノレベルの微細な粗さを向上させることができる。
シリコーン変性ポリオールを硬化するためのイソシアネート化合物としては、ポリウレタンの調製に通常使用される各種イソシアネート化合物、例えば、芳香族イソシアネート化合物、脂肪族イソシアネート化合物、脂環式イソシアネート化合物を用いることができる。
芳香族イソシアネート化合物としては、例えば、2,4-トリレンジイソシアネート(2,4-TDI)、2,6-トリレンジイソシアネート(2,6-TDI)、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(4,4’-MDI)、2,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(2,4’-MDI)、1,4-フェニレンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート、トリジンジイソシアネート(TODI)、1,5-ナフタレンジイソシアネート(NDI)、3,3’-ジメチルビフェニル-4,4’-ジイソシアネート等を挙げることができる。
また、脂肪族イソシアネート化合物としては、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート(TMHDI)、リジンジイソシアネート、ノルボルネンジイソシアナートメチル(NBDI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)、テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)等を挙げることができる。
さらに、脂環式ポリイソシアネートとしては、例えば、トランスシクロヘキサン-1,4-ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、H6XDI(水添XDI)、H12MDI(水添MDI)、4,4’-ジシクロへキシルメタンジイソシアネート等を挙げることができる。
被覆層4を形成するための混合液は、シリコーンゴム粒子、ウレタン粒子、シリカ、及びアクリル粒子から選ばれる少なくとも1種を含有する。
微粒子の粒子径は、0.2μm以上10μm以下であることが好ましく、0.8μm以上5μm以下であることがより好ましい。粒子径を上記の範囲内のものとすることにより、現像ローラ1の表面粗さが適切に維持され、現像剤搬送性が良好に保たれる一方で、解像度を高い水準に維持して、画質の悪化を防止することができる。粒子径は、現像ローラ1を切断処理した後に、顕微鏡により断面を観察することにより測定することができる。
希釈溶剤としては、水系溶剤、及び有機系溶剤を使用することができ、求められる乾燥速度に応じて、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。
被覆層4は、イソシアネートと有機金属化合物とを含む含浸液に含浸させることによって、被覆層4の表面及び表面近傍の被覆層4内部に、イソシアネート及び有機金属化合物を含有させることができる。
以下、含浸液について説明する。
含浸液は、少なくとも(a)イソシアネート、(b)有機金属化合物、及び(c)有機溶剤を含有する。抵抗値を調整するためにイオン導電材を含有してもよいし、また、柔軟性を出すために水酸基やアミノ基を持つ材料を含有させてもよい。
含浸液に含有させるイソシアネートとしては、1官能以上のイソシアネートであればよい。1官能のイソシアネートとしては、オクタデシルイソシアネートなどの脂肪族モノイソシアネート、芳香族モノイソシアネートなどを用いることができる。2官能以上のイソシアネートとしては、上記(B)イソシアネート化合物で挙げたものを用いることができる。
有機金属化合物としては、ジルコニウム、アルミニウム、又は亜鉛と、サリチル酸誘導体、芳香族ヒドロキシカルボン酸、芳香族オキシカルボン酸、芳香族ジオール、芳香族モノカルボン酸及び芳香族ポリカルボン酸からなる群から選択される芳香族化合物と金属とが、配位及び/又は結合している有機金属化合物が好ましい。金属元素としては、鉄、アルミニウム、ガリウム、マグネシウム、カルシウム、チタン、クロム、亜鉛、ジルコニウム、ハフニウム等が好ましい。
有機溶剤としては、上記(D)希釈溶剤で挙げた化合物を用いることができる。
被覆層4を形成した後、浸漬液が収容された容器に、現像ローラ1全体を5sec以上30sec以下浸漬する。その後、現像ローラ1を取出し、80℃以上160℃以下、10分以上30分以下乾燥する。
現像ローラ1を上記含浸液に含浸させることにより、被覆層4が溶剤により膨潤し、ウレタン結合内にイソシアネート及び有機金属化合物が取り込まれる。そして、その後の乾燥過程における熱によって、有機溶剤が蒸発し、イソシアネートがウレタン樹脂内でアロファネート結合を形成するとともに、イソシアネートと空気中の水分によりアミンが生成し、このアミンとイソシアネートがウレア結合をしてウレタン樹脂内に固着する。有機金属化合物がウレタン樹脂内及び被覆層4の表面に固着する。
ここでの「固着」とは、共有結合、イオン結合、及び物理的な付着を含むものとする。
また、被覆層4の「表面近傍」とは、有機溶剤が含浸される範囲であり、表面から5μm程度若しくは2.5μm程度の深さを意味するが、本発明では、条件により、イソシアネート及び有機金属化合物は、被覆層の深くまで、すなわち厚みに相当する深さまで含浸されている場合があってもよい。
含浸方法としては、上記方法以外にスプレーで浸漬させる方法、ロールコーターにて浸漬させる方法、ディスペンサーで回転させながら浸漬する方法であってもよい。
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、接着層を備えてもよい。ここで、特に弾性層3と被覆層4の間に設けられる接着層については、接着層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、現像ローラとしての現像ローラ1の現像性能を良好に調整することができる。
本発明の現像ローラ1の表面の抵抗値は、1×106Ω以上9×1010Ω以下であることが好ましく、1×106Ω以上1×109Ω以下であることがより好ましい。現像ローラの表面の抵抗値は、被覆層のシリコーン変性ポリオールとイソシアネートの組み合わせで、9×109以下になるようにすることが好ましい。必要であれば、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸リチウム、過塩素酸カルシウム、塩化リチウム、リチウムビスイミド、カリウムビスイミド等のイオン導電材、ピリジウム系、イミダゾール系、4級アンモニウム系等のイオン液体で抵抗値をコントロールすることが可能である。
ただし、基本的にカーボンによる電子導電は抵抗値がバラツキ、コントロールしにくい領域のため、使用しない。
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1以外の構成は特に限定されない。本発明の現像ローラ1を備えた現像装置及び画像形成装置10の一例を、図2を参照して説明する。
以下の化合物を混合して被覆層組成物を調製した。
・シリコーン変性ポリオール 38.2質量部
・イソシアネート(商品名「TPA-100」、旭化成株式会社製) 7.6質量部
・球状粒子(商品名「EP-2601」、東レ・ダウコーニング社製) 5.4質量部
・触媒 ネオスタン(商品名「U-100」、日東化成株式会社製) 0.04質量部
・有機溶剤 シンナー(商品名「EU-1F」、大日精化工業株式会社製)130質量部
以下の化合物を混合及び攪拌して含浸液を調製した。
・酢酸エチル 100質量部
・ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI:ジフェニルメタンジイソシアネート)
2質量部
・ヒドロキシ安息香酸ジルコニウム(商品名「TN-105」、保土谷化学工業株式会社製) 1質量部
以下の手順により、実施例1の現像ローラを作製した。
(現像ローラの作製)
快削鋼SUM23で構成されている軸体(直径7.5mm、長さ274.1mm)の表面にシリコーン系プライマーを塗布した後、ギヤオーブン中で150℃乾燥させた。この操作により、軸体の外周面をプライマー処理した。
シリコーンゴムから形成されたゴム組成物を用いた押出成形により、軸体の外周面上にゴム材料からなる弾性体を成形した。なお、押出成形では、シリコーンゴムから形成されたゴム組成物を、赤外線加熱炉(IR炉)を用いて360℃で5分間加熱し、さらに、ギヤオーブンを用いて200℃で4時間加熱して硬化させた。これにより、プライマー処理された軸体の外周面上にゴム組成物の硬化物からなる弾性層を形成した。
弾性層は中実な層であり、弾性層の厚さは4.25mmであった。
次に、弾性層の外周面をUV処理した。その後、UV処理された弾性層上に、表1に示す混合液をスプレー法によって塗布した。塗布された混合液を150℃から160℃で30分間加熱した。
次に、含浸液が収容された容器に、被覆層まで形成した現像ローラを10秒浸し引き揚げた。160℃20分乾燥し、現像ローラを得た。乾燥後の被覆層の厚さは11μmであった。
ヒドロキシ安息香酸ジルコニウムを、ヒドロキシ安息香酸亜鉛(商品名「BONTRON E-304」、オリエント化学工業株式会社製)に変更した以外は、実施例1と同様に現像ローラを作製した。
ヒドロキシ安息香酸ジルコニウムを、ヒドロキシ安息香酸鉄(商品名「BONTRON X-11」、オリエント化学工業株式会社製)に変更した以外は、実施例1と同様に現像ローラを作製した。
ジフェニルメタンジイソシアネートを、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)に変更した以外は、実施例1と同様に現像ローラを作製した。
ヒドロキシ安息香酸ジルコニウムの配合量を、0.5質量部に変更した以外は、実施例1と同様に現像ローラを作製した。
ヒドロキシ安息香酸亜鉛の配合量を、2質量部に変更した以外は実施例2と同様に作製した。
イオン導電材として、カリウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(商品名「EF-112」、三菱マテリアル電子化成株式会社製)を0.1質量部添加した以外は、実施例2と同様に現像ローラを作製した。
イオン導電材として、カリウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(商品名「EF-112」、三菱マテリアル電子化成株式会社製)を0.5質量部添加した以外は、実施例2と同様に現像ローラを作製した。
被覆層のシリコーン変性ポリオールをポリエステルポリオール28質量部に変更し、イソシアネートを14質量部に変更し、触媒を0.02質量部に変更し、含浸液をヒドロキシ安息香酸ジルコニウム1質量部にした以外は、実施例1と同様に現像ローラを作製した。
含浸液に有機金属化合物を配合しないこと以外は、実施例1と同様に現像ローラを作製した。
含浸処理を行わなかったこと以外は実施例1と同様に現像ローラを作製した。
上記実施例及び比較例について、以下の評価を行った。
上記実施例及び比較例の現像ローラの表面の抵抗値を測定した。図3に測定装置を示す。
図3に示すように、金メッキ板51上に、現像ローラ1を乗せ、両端部に重さ500gのおもり52を掛け、印加電圧100Vでシャフト53と金メッキ板51との抵抗値を、超高抵抗/微少電流計「5450」(株式会社エーディーシー製)54を用いて測定した。
接触型モノクロ画像形成装置、商品名:HL-L2360DN(ブラザー工業株式会社製)に、上記実施例及び比較例の現像ローラを装着し、温度23℃湿度55%の条件で、初期印字後の帯電量を吸引式小型帯電量測定装置、商品名:212HS(トレック社製)にて、現像ローラの表面に形成されたトナーを吸引して帯電量Q/M(μC/g)を測定し、以下の評価基準で評価した。
A:帯電量が15μC/g以上
B:帯電量が10μC/g以上15μC/g未満
C:帯電量が10μC/g未満
現像ローラについて、以下のようにして、印字濃度及びフィルミング量を測定した。画像形成装置には、接触型モノクロ画像形成装置、商品名:HL-L2360DN(ブラザー工業株式会社製)を用いた。この画像形成装置の現像装置内に、上記実施例及び比較例の現像ローラを装着した。次いで、温度23℃湿度55%の条件で、ベタ画像を形成し、印字評価を確認した。4000枚印刷後のフィルミング状況と、4000枚印刷後の画像品質(ベタ印字の初期印字形成部分と終期印字形成部分との濃度段差率)を評価した。濃度測定にはX-Rite社製のX-Rite500分光濃度計を使用した。
A:濃度段差率が96~100%であり、かつ印字ドットがきれいであった
B:濃度段差率が92~95%であり、かつその他の不具合(印字ドットが粗い)があった
C:濃度段差率が91%以下であり、かつその他の不具合があった
A:0mg以上0.003mg以下
B:0.003mgより多く0.006mg以下
C:0.006mgより多い
また、イソシアネートと有機金属化合物が含浸された本発明の現像ローラは、帯電量が上がり、印字濃度が良好であり、フィルミングも良好に防止できることが分かった。
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、34 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
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
51 金メッキ板
52 おもり
53 シャフト
54 抵抗測定器
Claims (4)
- 軸体と、該軸体の外表面に設けられる弾性層と、弾性層より外側に設けられる被覆層とを備える現像ローラであって、
前記被覆層が、シリコーン変性ポリオール及びポリイソシアネートを重合成分として有するウレタン樹脂と粗さ剤を含有し、
前記被覆層の表面及び該表面近傍の被覆層内部に、イソシアネート及び有機金属化合物を含有し、前記有機金属化合物が、ヒドロキシ安息香酸の金属化合物である現像ローラ。 - 前記現像ローラの表面の抵抗値が、1×106Ω以上9×1010Ω以下である請求項1記載の現像ローラ。
- 請求項1又は2記載の現像ローラを備えた現像装置。
- 請求項1又は2記載の現像ローラを備えた画像形成装置。
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