JP7422022B2 - 現像ローラ - 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、トナー離型性、耐フィルミング性等に優れ、長期に渡って良好な画像を得ることができる現像ローラを提供することを目的とする。
[現像ローラ]
図1に示すように、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とを備える。
弾性層3は、シリコーンゴムを含み、被覆層4は、ベース樹脂及び粗さ剤は含有するが、導電性付与剤は含有しない。また、ベース樹脂は、シリコーン変性ウレタン樹脂であり、粗さ剤は、シロキサン結合又はウレタン結合を有する粒子からなるものである。そして、現像ローラの抵抗値は、1×106Ω以上9×109Ω以下である。
以下、各構成の詳細を説明する。
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。
軸体2は、良好な導電特性を得るために、芯金であることが好ましい。
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可能な硬度や弾性を現像ローラ1に付与するために設けられる。弾性層3は、シリコーンゴムを含む。シリコーンゴムは、押圧による圧縮応力歪みが小さいという利点がある。シリコーンゴムとしては、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルトリフルオロプロピルシロキサン、ポリメチルビニルシロキサン、ポリフェニルビニルシロキサン、これらのシロキサンの共重合体が挙げられる。
被覆層4は、ベース樹脂と粗さ剤とを含有するが、導電性付与剤は含有しない。ベース樹脂は、シリコーン変性ウレタン樹脂である。被覆層4は、(A)シリコーン変性ポリオール、(B)イソシアネート化合物、及び(C)粗さ剤を含有する被覆層用組成物を加熱及び硬化させることにより形成することができる。以下に、被覆層用組成物の詳細について説明する。
シリコーン変性ポリオールとは、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てプレポリマー化したものである。
シリコーン変性ポリオールの合成に用いられる、変性シリコーンオイル及びイソシアネート化合物の詳細を以下に説明する。変性シリコーンオイルには、両末端変性シリコーンオイル及び片末端変性シリコーンオイルが挙げられる。
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。
本発明において、シリコーン変性ポリオールのプレポリマー化のために使用するイソシアネート化合物としては、シリコーンオイルに導入された反応性基との反応性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、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、及びこれらのイソシアネートの変性体である、アダクト型、ビュレット型、イソシアヌレート型、アロファネート型等を挙げることができる。これらのイソシアネート化合物の中でも、2官能型イソシアネート化合物、イソシアヌレート型イソシアネート化合物とアダクト型イソシアネート化合物であることが好ましく、これらを単独で用いてもよく、組み合わせて用いてもよい。イソシアネート化合物は、その分子鎖が長いほど、より高い柔軟性を有するポリウレタンを生成することができる。
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に用いられる粗さ剤は、シロキサン結合又はウレタン結合を有する粒子である。このような粗さ剤としては、シリコーンゴム粒子、ポリウレタン粒子、ウレタン結合を有するアクリル系粒子が挙げられる。耐熱性及び柔軟性のあるシリコーンゴム粒子、ポリウレタン粒子、ウレタン結合を有するアクリル粒子が好ましく、シリコーンゴム粒子及びウレタン結合を有するアクリル粒子がより好ましい。
粗さ剤は、被覆層4に、1種のみ含有してもよく、2種以上含んでもよい。
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。弾性層3と被覆層4の間には、弾性層3の表面改質を、UV光等を照射し、プライマー処理することで接着剤層を設けてもよく、プラズマコートによって表面改質と接着剤層を同時に設けてもよい。
本発明の現像ローラ1の表面の抵抗値は、1×106Ω以上9×109Ω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。抵抗値が9×109Ωを超えると画質が悪くなり、下限値は、導電剤無しで実現できる限界の抵抗値である。
現像ローラ1の表面の抵抗値は、被覆層4のシリコーン変性ポリオールとイソシアネート化合物の種類の組み合わせで、調整することが可能である。必要であれば、反応性エーテル変性シリコーンオイルを添加することによって抵抗値をコントロールすることが可能である。
現像ローラの表面の抵抗値は、後述の実施例で説明した方法により測定する値とする。
現像ローラの低周波におけるキャパシタンスは低い方が好ましく、特に、0.1Hzで10nF未満であることが好ましい。
被覆層4には、カーボンやイオン導電材などの導電性付与剤は、キャパシタンス上昇に起因するため、結果としてトナー離型性が劣ることとなり、使用しない。
現像ローラ1の表面のヘキサデカン接触角は、30°以上であることが好ましく、45°以上であることがより好ましく、50°以上であることが更に好ましい。30°以上であることにより、フィルミング発生を良好に抑制することができる。フィルミングを抑えることにより、現像ローラ1の寿命が延び画像品質の安定化に繋がる。また、フィルミングによるかぶり発生も抑制することができる。
ヘキサデカン接触角は、ポータブル接触角計PCA-1(協和界面科学社製)を用いて測定することができる。
以下の手順により、実施例1の現像ローラを作製した。
(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(SUM23製、直径7.5mm、長さ274.1mm)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。
シリコーンゴムから形成されたミラブル型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、正外線加熱炉(IR炉)を用いて270℃で5分間加熱し、更に、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。
まず、以下に示す化合物を、表1に示す質量部数の配合で、100℃から120℃に4時間から6時間保持して、シリコーン変性ポリオールA、Bの2種類を合成した。
a1 両末端ヒドロキシル基変性ジメチルシリコーンオイル
a2 片末端ジオール変性シリコーンオイル
a3 イソシアネート化合物 イソシアヌレートタイプ
a4 イソシアネート化合物 アダクトタイプ
・上記シリコーン変性ポリオールA、B
・イソシアネート(商品名「TPA-100」、旭化成株式会社製)
・粗さ剤(商品名「EP-2601」、東レ・ダウコーニング株式会社製)
・粗さ剤 高復元性アクリル微粒子XX-4316Z(平均粒子径3μm)積水化成品工業株式会社
上被覆層用組成物には、適宜触媒及びシンナーを加える。
乾燥後の被覆層の厚さは9μmであった。
表2に示す質量部数の配合で、被覆層を形成した以外は実施例1と同様に現像ローラを作製した。
比較例1のカーボンには、MA100(三菱化学製)を用いた。
上記実施例及び比較例について、以下の評価を行った。評価結果を表2に示す。
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2に測定装置の正面概略図を示す。
図2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。
ヘキサデカンを装置にセットし、現像ローラ上にヘキサデカンの液滴をたらし、ポータブル接触角計PCA-1(協和界面科学社製)を用い、ヘキサデカン接触角を測定した。
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)でカートリッジに上記実施例及び比較例の現像ローラを装着し、低温低湿環境(10℃20%RH)にてカートリッジ電極を外部電源に接続し、電圧を変化させたときの印字濃度を測定した。印字濃度測定はベタ印字部をX-Rite社製のX-Rite504分光濃度計で測定した。
印字濃度を、以下の評価基準で判定した。トナー離型性は低い電圧においても濃度が濃く出るほどトナー離型性が良いと判断した。
A:1.4以上
B:1.35以上
C:1.35未満
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)で4000枚印刷後のフィルミング状況を評価した。
フィルミングは、現像剤の付着量により評価した。具体的には、4000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を以下の評価基準で評価した。フィルミング評価は、Aであると合格である。
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、現像ローラのキャパシタンスを、下記のように測定した。
LCRメーター(株式会社NF回路設計ブロック製)を用い、測定環境温度23℃、湿度55%RHで、被覆層形成現像ローラ表面に導電ペーストで電極を作製し、導電ペーストと芯金との間のキャパシタンスをLCRメーターで測定した。C-F特性を図3に示す。
2 軸体
3 弾性層
4 被覆層
51 金メッキ板
52 おもり
53 シャフト
54 超高抵抗/微少電流計
Claims (3)
- 軸体と、前記軸体の外表面に設けられる弾性層と、前記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、
前記弾性層が、シリコーンゴムを含み、
前記被覆層が、ベース樹脂及び粗さ剤を含有するが、導電性付与剤を含有せず、
前記ベース樹脂が、フッ素原子を含有しないシリコーン変性ウレタン樹脂であり、前記シリコーン変性ウレタン樹脂は、シリコーン変性ポリオールとイソシアネートから形成され、
前記粗さ剤が、シロキサン結合又はウレタン結合を有する粒子であり、前記粗さ剤の含有量が、シリコーン変性ポリオール100質量部に対し、15質量部以上50質量部以下であり、
前記現像ローラの抵抗値が1×106Ω以上9×109Ω以下である現像ローラ。 - 前記粗さ剤の平均粒子径が、2μm以上10μm以下である請求項1記載の現像ローラ。
- 前記現像ローラの表面のヘキサデカン接触角が、30°以上である請求項1又は2記載の現像ローラ。
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