JP7444675B2 - 現像ローラ及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
そこで、現像ローラのこのような問題点を解決するために、現像ローラの弾性層及び被覆層について種々の提案がなされている。例えば、特許文献1には、現像ローラの被覆層として、ポリエステルポリオールとポリイソシアネートと2つの水酸基を有するイオン液体とを含有させたウレタン樹脂組成物を硬化させたウレタン樹脂を用いた現像ローラが提案されている。
また、画像形成装置においては、劣化した現像剤(トナー)が現像ローラ、ブレード、又は供給ローラに固着して(フィルミングと称される)、印刷された画像に横筋又は縦筋が発生するという問題もある。
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。
すなわち、本発明は、現像ローラは、軸体の外周面に形成された弾性層と、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現像ローラであって、被覆層が、ポリアクリルポリオール、ポリイソシアネート、樹脂粒子、及びイオン液体を含むウレタン樹脂組成物を硬化してなるものである。
本発明の現像ローラ1は、図1に示すように、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とを備えた現像ローラであって、被覆層4が、ポリアクリルポリオール、ポリイソシアネート、樹脂粒子、及びイオン液体を含むウレタン樹脂組成物を硬化してなるものである。
本発明の現像ローラ1の被覆層4は、実質的にカーボンブラックを含まない。「実質的に含まない」とは、全く含有していない場合に加えて、不可避不純物として存在する場合を包含する。
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、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、(c)樹脂粒子、及び(d)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)~(d)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ガラス転移温度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。
樹脂粒子としては、樹脂からなる粒子であれば特に限定されず、シリコーン樹脂粒子、ウレタン樹脂粒子、アクリル樹脂粒子、エポキシ樹脂、ポリオレフィン樹脂等が挙げられる。なかでも、ウレタン樹脂粒子、シリコーン樹脂粒子が好ましい。
樹脂粒子は、被覆層4の表面に樹脂粒子による凹凸が現われることが好ましい。使用する樹脂粒子は、被覆層4の膜厚を考慮して適宜選択される。
被覆層4を形成するウレタン樹脂組成物はイオン液体を含む。
「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。
ピリジニウム系イオン液体は、陽イオンとして、ピリジン環を構成する窒素原子にアルキル基等が結合してなるピリジニウムイオンを基本骨格とするイオン液体である。
アルキル基は、置換基を有していてもよい炭素数1~18の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のものが好ましく、炭素数4~18の直鎖状のアルキル基がより一層好ましく、炭素数5~18の直鎖状のアルキル基がさらに好ましく、炭素数6~12の直鎖状のアルキル基が特に好ましい。例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、イソヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。
さらに、アルキル基で置換されたピリジニウムイオンを陽イオンとし、ヘキサフルオロホスファートイオンを陰イオンとするピリジニウム系イオン液体として、具体的には、例えば、1-オクチル-4-メチルピリジニウムヘキサフルオロホスファート、1-ノニル-4-メチルピリジニウムヘキサフルオロホスファート、1-デシル-4-メチルピリジニウムヘキサフルオロホスファート等が挙げられる。
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アルキル基等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イオン液体である。アルキル基はピリジニウム系イオン液体における窒素原子に結合するアルキル基と基本的に同様である。
イミダゾリウム系イオン液体は、陽イオンとして、イミダゾリウムの一方又は両方の窒素原子にアルキル基等が結合して成るイミダゾリウムイオンを基本骨格とするイオン液体である。
イミダゾリウムイオンとしては、特に限定されないが、例えば、2置換イミダゾリウムイオン及び3置換イミダゾリウム等が挙げられる。置換基は、アルキル基が好ましく、ジアルキルイミダゾリウムイオン、トリアルキルイミダゾリウムイオンが好ましい。置換基としてのアルキル基は、炭素数が1~10であるのが好ましく、1~6であるのがより好ましく、1~4であるのが特に好ましい。
イミダゾリウム系イオン液体を構成する陰イオンはピリジニウム系イオン液体を構成する陰イオンと基本的に同様であり、イミダゾリウム系イオン液体は、上述のイミダゾリウムイオンのいずれかを陽イオンとし、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドイオンを陰イオンとするイオン液体であるのが特に好ましい。
被覆層4の厚さは、弾性層3から被覆層4を剥離し、例えば、マイクロメーター(商品名「直進式ミクロンマイクロメーター OMV-25M」株式会社ミツトヨ製)で測定することができる。
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。
現像ローラ1のJIS-A硬度は、35以上45以下であることが好ましい。JIS-A硬度は上記範囲であることにより、現像ローラ1と像担持体との接触面積を大きくすることができるので、現像を良好に行うことができる。また、硬度が上記範囲であることにより、現像剤に与えるストレスを小さくすることができるので、現像剤の破壊を防止することができる。
現像ローラ1の表面粗さRaは、0.7μm以上1.3μm以下であることが好ましく、1.0μm以上1.3μm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、フィルミングを良好に防止することができる。
表面粗さRaは、例えば、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)により測定することができる。
現像ローラの光沢度は、現像剤の搬送性と摩擦力とをバランスよく両立できる観点から、2.0以上8.0以下であることが好ましく、2.0以上6.0以下であることがより好ましい。
光沢度とは、現像ローラ1の被覆層4の表面における、入射角が60°での光沢度を示す。
光沢度が2.0以上であることにより、被覆層4の表面粗さが大きくなり過ぎず、現像ローラ1として適量の現像剤を搬送することができる。光沢度が8.0以下であることにより、被覆層4と像担持体との摩擦及びタックが生じることなく、良好な画像品質を得ることができる。
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、(d)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(商品名「ARUFON UH-2041」、東亜合成株式会社製) 70質量部
(b)ポリイソシアネート(商品名「デュラネート E402-80B」、旭化成株式会社製) 30質量部
(c)樹脂粒子(商品名「アートパール P-800T」、根上工業株式会社製)8.7質量部
(d)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) 1.1質量部
(c)を樹脂粒子(商品名「アートパール CE-800T」、根上工業株式会社製)8.7質量部とした以外は実施例実施例1と同様に現像ローラを作製した。
(c)を樹脂粒子(商品名「KMP-597」信越化学工業株式会社製)28.2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。
(a)ポリアクリルポリオール(商品名「ARUFON UH-2041」、東亜合成株式会社製)70質量部をポリエステルポリオール(商品面「POLYCASTOR #10」、伊藤製油株式会社製)55.6質量部に変更し、(b)ポリイソシアネート(商品名「デュラネート E402-80B」、旭化成株式会社製)30質量部を44.4質量部へ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。
上記実施例及び比較例について、被覆層の厚さ、JIS-A硬度、表面粗さRa、光沢度、フィルミング、耐久印字性能、他部材汚染を評価した。
被覆層を弾性層より剥離し、マイクロメーター(商品名「直進式ミクロンマイクロメーター OMV-25M」株式会社ミツトヨ製)で被覆層の厚さを測定した。
JIS-A硬度計(商品名「Asker CL-150」、高分子計器株式会社製)で、現像ローラの表面の硬度を測定した。
表面粗さRaは、JIS B0601-2001に基づき、現像ローラを先端半径2μmの測定プローブを備えた表面粗さ計(商品名「サーフコム 1400G」、株式会社東京精密製)にセットし、測定長2.4mm、カットオフ波長0.8mm、カットオフ種別ガウシアンにより、現像ローラ表面を3ヶ所測定し、測定した値の平均値とした。
(光沢度)
光沢度は、表面光沢度計(商品名「GM-26D」、村上色彩研究所社製)を用いて、現像ローラの周方向に等間隔で4箇所及び現像ローラの長手方向に等間隔で3箇所、合計12箇所をそれぞれ測定し、測定した値の平均値とした。
(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10℃、湿度20%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10℃、湿度20%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)周期や供給ローラ周期、ブレード周期の白横筋の発生を下記の基準により評価した。評価はBであると合格である。
-評価基準-
A:ベタ印字画像にOPC周期と供給ローラ周期、ブレード周期のいずれも横白筋の発生がなかった。
B:ベタ印字画像にOPC周期と供給ローラ周期、ブレード周期のいずれか一つの横白筋の発生があった。
C:ベタ印字画像にOPC周期と供給ローラ周期、ブレード周期のいずれか二つの横白筋の発生があった。
D:ベタ印字画像にOPC周期と供給ローラ周期、ブレード周期のいずれも横白筋の発生があった。
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 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 (9)
- 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現像ローラであって、
前記被覆層が、ポリアクリルポリオール、ポリイソシアネート、樹脂粒子、及びイオン液体を含むウレタン樹脂組成物を硬化してなる現像ローラ。 - 前記ウレタン樹脂組成物中の樹脂粒子の含有量が、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100質量部に対し、5質量部以上30質量部以下である請求項1記載の現像ローラ。
- ウレタン樹脂組成物中の前記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100質量部に対し、0.1質量部以上3.0質量部以下である請求項1又は2記載の現像ローラ。
- 前記樹脂粒子が、ウレタン樹脂粒子、シリコーン樹脂粒子である請求項1から3いずれか1項記載の現像ローラ。
- 前記被覆層の厚さが、1μm以上7μm以下である請求項1から4いずれか1項記載の現像ローラ。
- 前記現像ローラのJIS-A硬度が、35以上45以下である請求項1から5いずれか1項記載の現像ローラ。
- 前記現像ローラの表面粗さRaが、0.7μm以上1.3μm以下である請求項1から6いずれか1項記載の現像ローラ。
- 前記現像ローラの光沢度が、2.0以上8.0以下である請求項1から7いずれか1項記載の現像ローラ。
- 請求項1から8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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