JP7313936B2 - 現像ローラ、現像装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
これらのうち、現像ローラは、像担持体に当接させて回転させることにより、像担持体に現像剤を供給する。
本発明の現像ローラ10は、図1及び図2に示すように、軸体11の外周面に、弾性層12、中間層13、及び被覆層15を備える。弾性層12は、半導電性を有する中実なシリコーンゴムからなり、中間層13は、復元率が16%以上40%以下の復元性粒子14を含有する、ウレタン樹脂からなり、被覆層15は、熱硬化性樹脂からなるものである。
以下、本発明の現像ローラ10の構成について説明する。
軸体11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11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11は、一般に、「芯金」の名称でも知られている。
軸体11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12は、シリコーンゴム組成物を軸体11の外周面に加熱硬化して形成される。
弾性層12の厚さは、1mm以上10mm以下であることが好ましく、2mm以上6mm以下であることがより好ましい。
弾性層12を形成するためのゴム組成物は、シリコーンゴムと、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。
シリコーンゴム組成物は上記以外の各種添加剤を更に含有してもよい。各種添加剤としては、例えば、助剤(鎖延長剤、架橋剤等)、触媒、分散剤、発泡剤、老化防止剤、酸化防止剤、顔料、着色剤、加工助剤、軟化剤、可塑剤、乳化剤、耐熱性向上剤、難燃性向上剤、受酸剤、熱伝導性向上剤、離型剤、溶剤等が挙げられる。
中間層13は、復元率が16%以上100%以下の復元性粒子を含有するウレタン樹脂からなるものである。このような中間層13とすることにより、中間層13の復元力を、シリコーンゴムからなる弾性層12より高くすることができるので、長期保管時に現像ローラ10に凹みが発生するのを防止することができる。したがって、現像ローラ10を長期保管後に駆動させても、白スジが入ることなく、良好な像を得ることができる。
本明細書において、各層の弾性率は、押し込み弾性率を示す。押し込み弾性率は、後述の実施例で記載する測定方法によって測定することができる。
中間層13の押し込み弾性率は、0.1MPa以上40MPa以下であることが好ましく、1MPa以上20MPa以下であることがより好ましい。
中間層13の厚みT13(図2参照)は、20μm以上100μm以下であることが好ましく、30μm以上100μm以下であることがより好ましい。中間層13の厚みT13が上記範囲であることにより、現像ローラ10の弾性層の凹み量を抑えることができる。また、上記厚みが有する復元力にて凹みが元に戻りやすい。
中間層13の表面粗さRaは、1.2以下であることが好ましく、1.0以下であることがより好ましい。
なお、表面粗さRaは、後述の実施例で示す測定方法によって測定される値とする。
中間層13に含有される復元性粒子14は、16%以上100%以下の復元率を有する。16%以上の復元率を有することで、復元性の高い中間層13を得ることができる。復元率は25%以上100%以下であることが好ましく、30%以上100以下であることがより好ましい。
復元性粒子14は、平均粒子径が1μm以上100μm以下であることが好ましく、2μm以上50μm以下であることがより好ましい。この範囲内の平均粒子径であることにより、中間層13の復元性をより高めることができる。
復元性粒子14の復元率は、例えば、以下の方法で測定することができる。
ダイナミック微小硬度計:DUH-211S(商品名)、島津製作所製
試料:ウレタン樹脂粒子
上部加圧圧子:20μm
測定モード:負荷及び除荷試験
最大試験力:9.810「mN」
最小試験力:0.49「mN」
負荷速度:0.7437「mN/sec」
負荷保持時間:3「sec」
次に、得られた平均を粒子径(d)、L1、L2から、試料の圧縮率及び復元率を次式で計算する。
圧縮率 Cr=L1/d×100(%)
復元率 Rr=L2/d×100(%)
中間層13は、ウレタン樹脂からなるものである。ウレタン樹脂としては、ポリエステルウレタン、アクリルウレタンであることが好ましい。
中間層13は、上記復元性粒子14、(a)ポリオール、(b)イソシアネート、及び(c)イオン導電材を含有する中間層用樹脂組成物から形成することができる。
以下、中間層用樹脂組成物の各成分(a)~(c)について説明する。
ポリオールは、ポリウレタンの調製に通常使用される各種のポリオールであればよく、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリアクリレートポリオール、ポリカーボネートポリオールから選択された少なくとも1種のポリオールであるのが好ましい。
ポリオールは、後述するイソシアネート等との相溶性に優れる点で、1000~8000の数平均分子量を有するのが好ましく、1000~5000の数平均分子量を有するのが更に好ましく、イオン液体が水酸基含有イオン液体である場合には、800~15000の数平均分子量を有するのが好ましく、1000~5000の数平均分子量を有するのが更に好ましい。数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による標準ポリスチレンに換算したときの分子量である。
イソシアネートは、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であればよく、例えば、脂肪族イソシアネート、芳香族イソシアネート及びこれらの誘導体等が挙げられる。イソシアネートは、貯蔵安定性に優れ、反応速度を制御しやすい点で、脂肪族イソシアネートであるのが好ましい。
芳香族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。ポリイソシアネートは、1種単独で又は2種以上を用いることができる。ポリイソシアネートは、500~2000の分子量を有するのが好ましく、700~1500の分子量を有するのがより好ましい。
ポリオールとポリイソシアネートとの混合物における混合割合は、特に限定されないが、通常、ポリオールに含まれる水酸基(OH)と、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。
イオン導電材としては、例えば、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(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、カリウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド等の無機イオン性導電性物質などが挙げられる。イオン導電材の中間層用樹脂組成物中における含有量は、中間層用樹脂組成物100質量部に対し、0.01質量部以上5質量部以下であることが好ましく、0.1質量部以上3質量部以下であることがより好ましい。
中間層13は、表面粗さ材16を含有してもよい。表面粗さ材16は、中間層13の表面粗さを調整する粒子である。中間層13に配合される表面粗さ材16の平均粒子径は、好ましくは0.1μm以上20μm以下であり、より好ましくは1μm以上15μm以下である。中間層13にこのような表面粗さ材16を配合することで、表面粗さを、容易に適切な範囲に調整することができる。なお、表面粗さ材16の平均粒子径は、レーザー光回折法による粒度分布測定装置を用いて、メジアン径として測定できる。
このようにして形成される中間層13においては、樹脂を形成する前駆体とイオン導電材が反応して一体になっていてもよく、複合体を形成していてもよい。また、イオン導電材が樹脂を形成する前駆体と反応せず、樹脂中に分散していてもよい。
被覆層15は、熱硬化性樹脂からなるものである。また、被覆層15は、中間層13の外周であって、現像ローラ10の最表面に設けられ、現像剤を担持する役割を有する。
被覆層15は、中間層13の外周面に被覆層用樹脂組成物を塗工し、次いで、塗工された被覆層用樹脂組成物を加熱硬化させて形成される。被覆層用樹脂組成物は、上記中間層用樹脂組成物と同様の材料を用いることができる。
被覆層15には復元性粒子14が含有されていないため、被覆層15の復元力は中間層13より小さくなる。
中間層13の厚みT13が、復元性粒子14の平均粒子径より大きい場合、すなわち中間層13の表面が平滑である場合、被覆層15が表面粗さ材16を含み、表面粗さ材16によって凹凸が形成されることが好ましい。
その場合、中間層13の表面粗さRaは、0.5以下であり、かつ、弾性層12の表面粗さより小さいことが好ましい。
上記のようにして作製される被覆層15は、表面粗さRaが0.4以上1.5以下であることが好ましい。表面粗さRaは、0.4以上0.9以下であることがより好ましい。表面粗さRaが上記範囲であることにより、現像剤搬送性が向上し、一層優れた印字特性が得られる。
本発明の現像ローラ10は、軸体11と弾性層12との間、及び弾性層12と中間層13、中間層13及び被覆層15との間に、接着層又はプライマー層等を備えていてもよい。ここで、これらの層のうち、特に、中間層13と被覆層15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10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10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8を参照して、説明する。
本発明の現像ローラは、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)
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。
上記軸体に以下の方法で弾性層を形成した。すなわち、ビニル基含有シリコーン生ゴムとシリカ系充填材との混合物(信越化学工業株式会社製のシリコーンゴム組成物「KE-9410U」)50質量部と、ビニル基含有シリコーン生ゴムとカーボンブラックとの混合物(信越化学工業株式会社製のシリコーンゴム組成物「KE-3502U」)50質量部とを混合して、シリコーンゴム組成物を作製した。次いで、このシリコーンゴム組成物100質量部と、付加反応架橋剤「C-153A」(商品名、信越化学工業株式会社製)2.0質量部と、白金触媒(商品名「CAT-PL2」)0.2質量部と、反応制御剤「R-153A」(商品名、信越化学工業株式会社製)0.5質量部とを加圧ニーダーで十分に混練して、付加硬化型ミラブル導電性シリコーンゴム組成物を調製した。
弾性層の表面粗さをサーフコム1400G東京精密製で測定し、Ra=1.2を得た。また、このゴムの押し込み弾性率は2.5MPaであった。
次いで、中間層を形成するための樹脂組成物を次のように調製した。すなわち、ポリエステルポリオール28質量部、ヘキサメチレンジイソシアネート(商品名「デュラネートE402-80B」、旭化成製)18質量部、ジブチルスズジラウレート(昭和化学製)0.03質量部、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)0.5質量部、及びイオン導電材(商品名「EF-N112」、三菱マテリアル電子化成株式会社製)0.1質量部を混合したものをポリエステルウレタン樹脂組成物とし、この樹脂組成物100質量部に対して平均粒子径φ10μm、復元率33%の復元性粒子(商品名「XX-4132Z」積水化成品工業株式会社)25質量部、及び、シンナー30質量部を混合して、中間層用樹脂組成物を得た。
この中間層の表面を表面粗さ計サーフコム1400G東京精密製で測定したところRa=0.3であった。この弾性層の押し込み弾性率は2.36MPaであった。
次いで、被覆層を形成するための被覆層用樹脂組成物を次のように調製した。
すなわち、アクリルポリオール20質量部、ヘキサメチレンジイソシアネート(商品名「デュラネートE402-80」、旭化成製)18質量部、ジブチルスズジラウレート(昭和化学製)0.03質量部、イオン導電剤(商品名「EF-N112」、三菱マテリアル電子化成株式会社製)0.1質量部、フッ素系表面調製剤0.1質量部を混合し、アクリルウレタン樹脂組成物を調製した。アクリルウレタン樹脂組成物100質量部に対し、シリカ(平均粒子径6.4μm、商品名「ACEMATT OK-412」、エボニックデグサ製)6質量部、及び、シンナー30質量部を混合して、被覆層用樹脂組成物を得た。
なお、現像ローラの表面粗さはRa=1.0であった。被覆層の押し込み弾性率は1.76MPaであった。
実施例1と同様の方法で弾性層を形成し、中間層の樹脂組成物をアクリルポリオール20質量部、ヘキサメチレンジイソシアネート(商品名「デュラネートE402-80」、旭化成株式会社製)18質量部、ジブチルスズジラウレート(昭和化学製)0.03質量部、及びイオン導電剤(商品名「EF-N112」、三菱マテリアル電子化成株式会社製)0.1質量部を混合してアクリルウレタン樹脂組成物を調製し、アクリルウレタン樹脂組成物100質量部に対して復元性粒子を45質量部に変更し、実施例1と同様にエキシマ処理した弾性層上にスプレーコーティング法によって塗布し、160℃で10分間加熱して、厚み20μmの中間層を形成した。
中間層は粒子が多く凹凸を有し、表面粗さを測定するとRa=0.8であった。
次に、実施例1の被覆層用樹脂組成物の中からシリカを除いた被覆層用樹脂組成物を乾燥厚み1~2μm設け、表面粗さRa=0.8の現像ローラを得た。
実施例1の復元性粒子を35質量部とし、実施例1と同様の方法で弾性層及び中間層を形成した。中間層の表面粗さはRa=0.5であった。
次に、実施例1の被覆層用樹脂組成物のシリカを復元性粒子φ10μm(商品名「XX-4132Z」、積水化成品工業株式会社製)3質量部に変更し、この被覆層用樹脂組成物を中間層上に硬化後の厚みが約6μmになるように塗膜を形成した。
現像ローラの表面粗さはRa=1.1であった。
中間層の復元性粒子を復元率20%、φ8μmの粒子(商品名:「AFX-8」、積水化成品工業株式会社製)に変更し、厚みを100μmにした以外は実施例1と同様に現像ローラを作製した。
中間層の表面粗さはRa=0.5であった。また、現像ローラの表面粗さはRa=1.0であった。
中間層の厚み20μmにした以外は、実施例4と同様に現像ローラを作製した。中間層の表面粗さはRa=0.6であった。また、被覆層の表面粗さはRa=1.1であった。
中間層に復元性粒子を含有しなかった以外は、実施例1と同様に現像ローラを作製した。保存試験後、24時間放置し印字テストにおいて、凹みの筋が発生し、20枚印刷しても消えなかった。
復元性粒子に代えて商品名「C-400、φ15μm」(根上工業製ウレタン樹脂粒子)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。ウレタン樹脂粒子は復元率15%であった。印字したところ横筋発生し、20枚印字後でも直ることはなかった。すなわち、凹みの改善はできなかった。
実施例及び比較例の現像ローラについて、弾性層、中間層及び被覆層の表面粗さ、並びに押し込み弾性率を測定した。
また、画像形成装置C610dn2(型番、株式会社沖データ製)を用意し、この画像形成装置の現像ローラを作製した各実施例及び各比較例の現像ローラに差し替えて、画像形成装置を得た。得られた画像形成装置について、以下の方法で、保存性(印字状態)を観察した。
評価結果を表1に示す。なお、表1中、弾性層、中間層、及び被覆層数値の単位は質量部である。
上記のようにして作製された現像ローラを、JIS B0601-2001に基づき、表面粗さ計(商品名「サーフコム 1400G」、株式会社東京精密製)により算術平均粗さRaを測定した。
ISO 14577-1に記載されている方法で測定した。測定機器は、ブルカージャパン株式会社製、「ハイジトロン TI PREMIER」(商品名)を用いた。
カートリッジに実施例及び比較例で作製した現像ローラを組み込み、50℃60%RHで1か月保存後、3時間室温で放置し、プリンターに組み込み印字した。
A:初期印字で横筋発生しない
B:印字20枚までに横筋は見えなくなる
C:初期印字から横筋が発生し、20枚印字後も横筋が見える
11 軸体
12 弾性層
13 中間層
14 復元性粒子
15 被覆層
16 粒表面粗さ材
100 画像形成装置
111B、111C、111M、111Y 像担持体
112B、112C、112M、112Y 帯電手段
113B、113C、113M、113Y 露光手段
114B、114C、114M、114Y 転写手段
115B、115C、115M、115Y クリーニング手段
116 記録体
120B、120C、120M、120Y 現像装置
121B、121C、121M、121Y、134 筐体
122B、122C、122M、122Y 現像剤
123B、123C、123M、123Y 現像剤担持体
124B、124C、124M、124Y 現像剤量調節手段
125B、125C、125M、125Y トナー供給ローラ
130 定着手段
131 定着ローラ
132 加圧ローラ
133 無端ベルト支持ローラ
135 開口部
136 無端ベルト
141 カセット
142 支持ローラ
146 転写搬送ベルト
B、C、M、Y 現像ユニット
Claims (5)
- 軸体の外周面に、弾性層、中間層、及び被覆層を備え、
前記弾性層が、半導電性を有する中実なシリコーンゴムからなり、
前記中間層が、復元率が16%以上100%以下の復元性粒子を含有する、ウレタン樹脂からなり、前記復元性粒子の平均粒子径が、8μm以上10μm以下であり、前記復元性粒子の含有量が、前記ウレタン樹脂100質量部に対し、25質量部以上45質量部以下であり、
前記中間層の表面粗さRaが、0.3μm以上0.8μm以下であり、前記中間層の厚みが前記復元性粒子の平均粒子径より大きく、
前記被覆層が、表面粗さ材を含む熱硬化性樹脂からなり、
前記被覆層が、表面に現像剤を担持するための凹凸を有し、表面粗さRaが、0.4μm以上1.5μm以下である現像ローラ。 - 前記中間層の厚みが、20μm以上100μm以下である請求項1記載の現像ローラ。
- 前記凹凸が、前記被覆層に含有される前記表面粗さ材及び前記中間層に含有される前記復元性粒子により形成される請求項1又は2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現像装置。
- 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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