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図面 (3)

課題

画像不良の発生を低減することができる導電性ローラを提供する。

解決手段

シャフトと、基層と、表面層とを備える導電性ローラであって、前記表面層は、カルボン酸アルコールとによるエステル結合を有するポリオールポリイソシアネートと反応させてなるウレタン樹脂を用いて形成され、前記ウレタン樹脂は、大気中にて130℃で2時間放置した後の質量変化が2%以下である、ことを特徴とする、導電性ローラ。

概要

背景

一般に、複写機ファクシミリレーザービームプリンタ(LBP)等の電子写真方式画像形成装置においては、帯電ローラ現像ローラトナー供給ローラ転写ローラ給紙ローラクリーニングローラ定着用加圧ローラ等として、ロール形状導電性弾性部材、即ち、導電性ローラが多用されている。該導電性ローラは、通常、長さ方向両端部を軸支されて取り付けられるシャフトと、該シャフトの半径方向外側に配設された弾性体からなる基層とを備えている。また、トナーに対する帯電性付着性の制御、基層による感光ドラム汚染の防止等を目的として、上記基層の外側に、更に表面層を形成することが多い。そして、この表面層に用いられる材料として、種々のポリマー成分が知られている。

例えば、特許文献1は、現像ローラの金型からの離型性を向上させるべく、当該ローラの表面層に、ウレタン系ポリマーアクリル系ポリマーフッ素系ポリマーおよびポリエステル系ポリマーからなる群から選ばれた少なくとも一つのポリマー成分を用いることを開示している。

また、例えば、特許文献2では、現像ローラの表面の層に、ラクトン変性ポリオールを少なくともイソホロンジイソシアネートを含む2種類以上のポリイソシアネート架橋したウレタン樹脂であるポリマー成分を含ませることで、現像ローラの硬度が低下して、トナーにダメージを与えることがなくなることが報告されている。

概要

画像不良の発生を低減することができる導電性ローラを提供する。シャフトと、基層と、表面層とを備える導電性ローラであって、前記表面層は、カルボン酸アルコールとによるエステル結合を有するポリオールをポリイソシアネートと反応させてなるウレタン樹脂を用いて形成され、前記ウレタン樹脂は、大気中にて130℃で2時間放置した後の質量変化が2%以下である、ことを特徴とする、導電性ローラ。

目的

本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、画像不良の発生を低減することができる導電性ローラを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

シャフトと、基層と、表面層とを備える導電性ローラであって、前記表面層は、カルボン酸アルコールとによるエステル結合を有するポリオールポリイソシアネートと反応させてなるウレタン樹脂を用いて形成され、前記ウレタン樹脂は、大気中にて130℃で2時間放置した後の質量変化が2%以下である、ことを特徴とする、導電性ローラ。

請求項2

前記カルボン酸の炭素数が6〜10である、請求項1に記載の導電性ローラ。

請求項3

前記アルコールの炭素数が4〜10である、請求項1又は2に記載の導電性ローラ。

請求項4

前記カルボン酸が、アジピン酸又はセバシン酸であり、且つ、前記アルコールが、3−メチル−1,5−ペンタンジオール又は1,9−ノナンジオールである、請求項1〜3のいずれかに記載の導電性ローラ。

請求項5

現像ローラとして用いられる、請求項1〜4のいずれかに記載の導電性ローラ。

技術分野

0001

本発明は、導電性ローラに関する。

背景技術

0002

一般に、複写機ファクシミリレーザービームプリンタ(LBP)等の電子写真方式画像形成装置においては、帯電ローラ現像ローラトナー供給ローラ転写ローラ給紙ローラクリーニングローラ定着用加圧ローラ等として、ロール形状導電性弾性部材、即ち、導電性ローラが多用されている。該導電性ローラは、通常、長さ方向両端部を軸支されて取り付けられるシャフトと、該シャフトの半径方向外側に配設された弾性体からなる基層とを備えている。また、トナーに対する帯電性付着性の制御、基層による感光ドラム汚染の防止等を目的として、上記基層の外側に、更に表面層を形成することが多い。そして、この表面層に用いられる材料として、種々のポリマー成分が知られている。

0003

例えば、特許文献1は、現像ローラの金型からの離型性を向上させるべく、当該ローラの表面層に、ウレタン系ポリマーアクリル系ポリマーフッ素系ポリマーおよびポリエステル系ポリマーからなる群から選ばれた少なくとも一つのポリマー成分を用いることを開示している。

0004

また、例えば、特許文献2では、現像ローラの表面の層に、ラクトン変性ポリオールを少なくともイソホロンジイソシアネートを含む2種類以上のポリイソシアネート架橋したウレタン樹脂であるポリマー成分を含ませることで、現像ローラの硬度が低下して、トナーにダメージを与えることがなくなることが報告されている。

先行技術

0005

特開2006−264339号公報
特開2007−298662号公報

発明が解決しようとする課題

0006

ところで、近年、画像形成装置のカラー化高速化、高画質化省エネルギー化に伴い、低融点のトナーを使用した画像形成装置が増えつつある。このような状況下、例えば、低融点のトナーを使用し、上記従来のポリマー成分を導電性ローラの表面層に用いた画像形成装置においては、長年の使用により、画像不良を引き起こす虞があることが分かった。このような観点から、導電性ローラには改良の余地があった。

0007

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、画像不良の発生を低減することができる導電性ローラを提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、特定のウレタン樹脂であって、且つ、所定の特性を有するウレタン樹脂を導電性ローラの表面層の材料に用いることにより、画像不良の発生を低減することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。

0009

即ち、本発明の導電性ローラは、
シャフトと、基層と、表面層とを備える導電性ローラであって、
前記表面層は、カルボン酸アルコールとによるエステル結合を有するポリオールをポリイソシアネートと反応させてなるウレタン樹脂を用いて形成され、
前記ウレタン樹脂は、大気中にて130℃で2時間放置した後の質量変化が2%以下である、
ことを特徴とする。かかる導電性ローラは、画像不良の発生を低減することができる。

0010

本発明の導電性ローラにおいては、画像不良の発生を一層低減するとともに、当該ローラの抵抗値を最適化する観点から、前記カルボン酸の炭素数が6〜10であることが好ましい。

0011

また、本発明の導電性ローラにおいては、画像不良の発生を一層低減するとともに、当該ローラの抵抗値を最適化する観点から、前記アルコールの炭素数が4〜10であることが好ましい。

0012

本発明の導電性ローラにおいては、画像不良の発生をより一層低減する観点及び調達容易性の観点から、前記カルボン酸が、アジピン酸又はセバシン酸であり、且つ、前記アルコールが、3−メチル−1,5−ペンタンジオール又は1,9−ノナンジオールであることが好ましい。

0013

そして、本発明の導電性ローラは、現像ローラとして好適に用いられる。

発明の効果

0014

本発明によれば、上記従来技術の問題を解決し、画像不良の発生を低減することができる導電性ローラを提供することができる。

図面の簡単な説明

0015

本発明の一実施形態に係る導電性ローラの断面図である。
本発明の一実施形態に係る導電性ローラを現像ローラとして備える画像形成装置の一例の部分断面図である。

0016

<導電性ローラ>
以下に、本発明の導電性ローラを、図1を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明の導電性ローラの一実施形態を示す断面図である。図示例の導電性ローラ1は、シャフト2と、該シャフト2の半径方向外側に配設された基層3と、該基層3の半径方向外側に配設された表面層4とを備える。なお、図1に示す導電性ローラ1は、表面層4が基層3に隣接して配設されているが、本発明の導電性ローラは、基層3と表面層4との間に、一層以上の中間層(図示せず)を有していてもよい。このような中間層を形成することによって、例えば中間層を表面層より軟らかくすることができ、トナーへのダメージを大きく改善することができる。

0017

本発明の導電性ローラは、表面層が、カルボン酸とアルコールとによるエステル結合を有するポリオールをポリイソシアネートと反応させてなるウレタン樹脂(以下、「本発明に係るウレタン樹脂」と称することがある。)を用いて形成され、このウレタン樹脂は、大気中にて130℃で2時間放置した後の質量変化が2%以下である、ことを特徴とする。別の言い方をすると、本発明の導電性ローラは、表面層が、カルボン酸とアルコールとによるエステル結合を有するポリオールをポリイソシアネートと反応させてなるウレタン樹脂であって、大気中にて130℃で2時間放置した後の質量変化が2%以下である当該ウレタン樹脂を含む、ことを特徴とする。
上述の通り、低融点のトナーを使用した画像形成装置が増えつつある近年の状況下、例えば、現像ローラを備え且つ低融点のトナーが充填されたトナーカートリッジを有する画像形成装置においては、輸送時等、高温環境下に長期間置かれることにより、充填された低融点のトナーが、現像ローラ等の部品の表面に融着し、その状態で保持されることとなる。この点に関し、本発明者らは、従来のポリマー成分がローラの表面層に存在する場合に、ポリマー成分が熱等の何らかの影響により分解されて低分子成分を生成し、この低分子成分が、汚染物質としてトナーに溶着し得る(即ち、トナーが汚染され得る)ことを発見した。ここで、上記分解の機構としては、加水分解及び熱分解を挙げることができる。また、上記汚染物質の溶着により、トナーが融け易くなり、トナーがローラに容易に固着してしまうことも分かった。そして、これらに起因して、画像不良(横筋状印字具合)を引き起こすことに加え、帯電性の不均一化等に起因してトナーが正常に搬送されなくなる、トナーが部材の隙間から漏れ出す、などの問題を招いていた。
一方、本発明者らにより見出された本発明の導電性ローラは、表面層の材料として、カルボン酸とアルコールとによるエステル結合を有するポリオールをポリイソシアネートと反応させてなるウレタン樹脂を用いているため、当該樹脂から低分子成分を生成させ得る加水分解及び熱分解の両方を十分に抑制することが可能である。従って、本発明の導電性ローラは、耐トナー汚染性に優れ、ひいては、トナーの固着が抑制されるため、画像不良等の問題の発生が効果的に低減されている。なお、この理由は定かではないが、本発明に係るウレタン樹脂中のエステル結合の存在に起因して、熱分解が十分に抑制されることに加え、エステル結合を形成するカルボン酸及びアルコールのそれぞれの残基の存在に起因して、加水分解が十分に抑制されるためであると推測される。更に、本発明においては、上記ウレタン樹脂の中でも、大気中にて130℃で2時間放置した後の質量変化が2%以下であるものを用いるため、熱分解、加水分解によって発生する分解物が少ない、即ち、トナー汚染物質の量が少ないため、トナー固着を効果的に抑制することができる。

0018

−シャフト−
本発明の導電性ローラのシャフトとしては、良好な導電性を有する限り特に制限はなく、例えば、鉄、ステンレススチールアルミニウム等の金属製の中実体からなる芯金や、内部を中空にくりぬいた金属製円筒体等の金属製シャフト、或いは良導電性プラスチック製シャフト等を用いることができる。

0019

−基層−
本発明の導電性ローラの基層は、エラストマーから形成することができ、また、必要に応じて導電剤等の他の成分を配合することができる。該基層に用いることができるエラストマーとしては、ポリウレタンシリコーンゴムエチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、天然ゴムスチレンブタジエンゴムSBR)、ブタジエンゴム、イソプレンゴムポリノルボルネンゴムブチルゴムクロロプレンゴムアクリルゴムエピクロロヒドリンゴム(ECO)、エチレン−酢酸ビニル共重合体EVA)及びこれらの混合物等が挙げられ、これらの中でも、ポリウレタンが好ましい。上記基層には、上記エラストマーを非発泡体として用いてもよいが、上記エラストマーを発泡剤を用いて化学的発泡させたり、ポリウレタンフォームのように空気を機械的に巻き込んで発泡させる等して、上記エラストマーを発泡体として用いてもよい。具体的には、エラストマー原料、好ましくはウレタン原料機械攪拌により発泡させたものを、予めシャフトが配置された円筒状のモールド注入し、反応硬化させることで、シャフトの半径方向外側に基層を形成することができる。

0020

上記基層に用いることができる導電剤としては、電子導電剤イオン導電剤等が挙げられる。電子導電剤としては、ケッチェンブラックアセチレンブラック等の導電性カーボン;SAFISAF、HAF、FEF、GPF、SRF、FT、MTなどのゴム用カーボンブラック酸化処理等を施したカラー用カーボンブラック熱分解カーボンブラック等のカーボンブラック;天然グラファイト人造グラファイト等のグラファイト;アンチモンドープ酸化スズ、ITO、酸化スズ酸化チタン酸化亜鉛等の金属酸化物ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属;ポリアニリンポリピロールポリアセチレン等の導電性ポリマーカーボンウィスカー、黒鉛ウィスカー炭化チタンウィスカー、導電性チタン酸カリウムウィスカー、導電性チタン酸バリウムウィスカー、導電性酸化チタンウィスカー、導電性酸化亜鉛ウィスカーなどの導電性ウィスカー等が挙げられる。上記電子導電剤の使用量は、上記エラストマー100質量部に対して1〜50質量部の範囲が好ましく、3〜30質量部の範囲が更に好ましい。

0021

また、イオン導電剤としては、テトラエチルアンモニウムテトラブチルアンモニウムドデシルトリメチルアンモニウムヘキサデシルトリメチルアンモニウム、ベンジルトリメチルアンモニウム、変性脂肪ジメチルエチルアンモニウム等の、過塩素酸塩塩素酸塩塩酸塩臭素酸塩ヨウ素酸塩ホウフッ化水素酸塩、硫酸塩、エチル硫酸塩、カルボン酸塩スルホン酸塩リチウムナトリウムカリウムなどのアルカリ金属、又は、カルシウムマグネシウムなどのアルカリ土類金属の、過塩素酸塩、塩素酸塩、塩酸塩、臭素酸塩、ヨウ素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、硫酸塩、トリフルオロメチル硫酸塩、スルホン酸塩等が挙げられる。上記イオン導電剤の使用量は、上記エラストマー100質量部に対して0.01〜10質量部の範囲が好ましく、0.05〜5質量部の範囲が更に好ましい。上記導電剤は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよく、電子導電剤とイオン導電剤とを組み合わせてもよい。

0022

上記基層の形成においては、必要に応じて上記エラストマーをゴム状物質とするために、有機過酸化物等の架橋剤、硫黄等の加硫剤を用いてもよく、更に加硫助剤加硫促進剤加硫促進助剤加硫遅延剤等を用いてもよい。また、上記基層の形成においては、更に、充填剤しゃく解剤、発泡剤、整泡剤可塑剤軟化剤粘着付与剤粘着防止剤分離剤離型剤増量剤着色剤等のゴム用配合剤を配合してもよい。

0023

−表面層−
本発明の導電性ローラの表面層は、カルボン酸とアルコールとによるエステル結合を有するポリオール(以下、「本発明に係るポリオール」と称することがある。)をポリイソシアネートと反応させてなるウレタン樹脂を主として用いて形成され、その形成には、必要に応じて当該ウレタン樹脂以外のポリマー成分や導電剤等の他の成分も用いられる。
なお、本発明に係るポリオールは、カルボン酸としての化合物とアルコールとしての化合物とを合成してなるポリオールであって、例えば、ポリオールの末端ラクトン変性してエステル結合を形成させたポリオール(ラクトン変性ポリオール)は、少なくともカルボン酸としての化合物から合成したものではないため、本発明に係るポリオールには含まれない。ここで、上述のラクトン変性ポリオールを用いた場合には、加水分解(バックバイティング)の発生を抑制することが困難であり、不適である。

0024

本発明に係るポリオールを得るために用いるカルボン酸としては、2つのカルボキシル基を有するカルボン酸(ジカルボン酸)が挙げられ、ジカルボン酸としては、脂肪族ジカルボン酸脂環式ジカルボン酸芳香族ジカルボン酸等が挙げられる。
脂肪族ジカルボン酸としては、例えば、アジピン酸、ピメリン酸スベリン酸アゼライン酸、セバシン酸、ノナンジカルボン酸、ドデカン二酸ブラシル酸テトラデカンジオン酸ペンタデカンジオン酸、ヘキサデカンジオン酸、オクタデカンジオン酸、オクタデセンジオン酸、ドコサンジオン酸、2,2,4−トリメチルアジピン酸、8−エチルオクタデカン二酸、エイコサン二酸等が挙げられる。
脂環式ジカルボン酸としては、例えば、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸、1,3−シクロヘキサンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸等が挙げられる。
芳香族ジカルボン酸としては、例えば、フタル酸イソフタル酸テレフタル酸等が挙げられる。
これらカルボン酸は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらの中でも、本発明に係るポリオールを得るために用いるカルボン酸としては、炭素数が6〜10であるカルボン酸が好ましく、アジピン酸又はセバシン酸がより好ましい。カルボン酸の炭素数が6以上であることにより、得られるウレタン樹脂における疎水性部分の割合が高くなるため、加水分解の発生が抑えられ、トナー汚染の抑制ひいては画像不良の発生の一層の低減を達成することができる。また、カルボン酸の炭素数が10以下であることにより、作製されるローラの抵抗値を最適化することができる。
ここで、カルボン酸の炭素数は、カルボキシル基を構成する炭素を含めた炭素の数の総和とする。例えば、アジピン酸であれば、炭素数6と数える。

0025

本発明に係るポリオールを得るために用いるアルコールとしては、ジオールが挙げられ、ジオールとしては、脂肪族ジオール脂環式ジオール芳香族ジオール等が挙げられる。
脂肪族ジオールとしては、例えば、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,4−ブテンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、2−エチル−2−メチルプロパン−1,3−ジオール、2−ブチル−2−エチルプロパン−1,3−ジオール、1,6−ヘキサンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、2,4−ジメチル−1,5−ペンタンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、1,7−へプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、3−ヒドロキシ−2,2−ジメチルプロピル−3−ヒドロキシ−2,2−ジメチルプロパノエートジエチレングリコールトリエチレングリコールジプロピレングリコール等が挙げられる。
脂環式ジオールとしては、例えば、シクロペンタンジオール、1,2−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,2−シクロヘキサンジメタノール、1,4−シクロヘキサンジメタノール等が挙げられる。
芳香族ジオールとしては、ヒドロキノン、1,5−ジヒドロキシナフタレン、4,4’−ジヒドロキシジフェニルビス(p−ヒドロキシフェニルメタン及びビス(p−ヒドロキシフェニル)−2,2−プロパン等が挙げられる。
これらアルコールは、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらの中でも、本発明に係るポリオールを得るために用いるアルコールとしては、炭素数が4〜10であるアルコールが好ましく、3−メチル−1,5−ペンタンジオール又は1,9−ノナンジオールが好ましい。アルコールの炭素数が4以上であることにより、得られるウレタン樹脂における疎水性部分の割合が高くなるため、加水分解の発生が抑えられ、トナー汚染の抑制ひいては画像不良の発生の一層の低減を達成することができる。また、アルコールの炭素数が10以下であることにより、作製されるローラの抵抗値を最適化することができる。

0026

より具体的には、画像不良の発生をより一層低減する観点及び調達容易性の観点から、本発明に係るポリオールを得るために用いるカルボン酸が、アジピン酸又はセバシン酸であり、且つ、本発明に係るポリオールを得るために用いるアルコールが、3−メチル−1,5−ペンタンジオール又は1,9−ノナンジオールであることが好ましい。

0027

本発明に係るポリオールは、塗膜の柔軟性及び反発弾性を向上させる観点から、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定したポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)が、500〜8000であることが好ましく、800〜6000であることがより好ましい。

0028

また、本発明に係るポリオールと反応させるポリイソシアネートとしては、特に制限はされず、目的に応じて適宜選択され、例えば、トリレンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネートMDI)、粗製ジフェニルメタンジイソシアネートクルードMDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、水素添加ジフェニルメタンジイソシアネート、水素添加トリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)等が挙げられる。これらポリイソシアネートは、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。

0029

そして、本発明に係るウレタン樹脂は、本発明に係るポリオールとポリイソシアネートとを反応させてなるものである。なお、上記反応の方法は、特に制限されず、常法に従って反応させることができる。ここで、本発明に係るウレタン樹脂は、塗膜の柔軟性及び反発弾性を向上させる観点から、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定したポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)が、500〜8000であることが好ましく、800〜6000であることがより好ましい。

0030

本発明に係るウレタン樹脂は、大気中にて130℃で2時間放置した後の質量変化が2%以下であることを要し、好ましくは1%以下であり、より好ましくは0.5%以下である。上記質量変化が2%超であると、分解ガスがトナーを劣化させる要因になる。なお、大気中にて130℃で2時間放置した後の質量変化が2%以下であるウレタン樹脂は、例えば、炭素数6以上のジオールのみからなるアルコールにより形成されたエステル結合を有するポリオールを用いることで、調製することができる。
また、本発明に係るウレタン樹脂は、窒素中にて150℃で2時間放置した後の質量変化が2%以下であることが好ましく、1%以下であることがより好ましい。窒素中にて150℃で2時間放置した後の質量変化が2%以下であることにより、熱分解が少なくなり、トナーの劣化をより効果的に抑えることができる。なお、窒素中にて150℃で2時間放置した後の質量変化が2%以下であるウレタン樹脂は、例えば、炭素数6以上のジオールのみからなるアルコールにより形成されたエステル結合を有するポリオールを用いることで、調製することができる。
ここで、ジオールの炭素数は、ヒドロキシ基の間にある炭素の数の総和とする。また、ジオールが側鎖を有する場合、当該側鎖にある炭素も、ジオールの炭素数として数える。例えば、1,6−ヘキサンジオールであれば、炭素数6と数える。

0031

本発明に係るウレタン樹脂は、熱硬化性ウレタン樹脂であってもUV硬化性ウレタン樹脂であってもよいが、加水分解されやすいエステル基を減らすという観点から、熱硬化性ウレタン樹脂であるのが好ましい。

0032

また、上記表面層の形成には、本発明に係るウレタン樹脂以外のポリマー成分(以下、「他のポリマー成分」と称することがある。)を用いることもできる。ここで、他のポリマー成分としては、本発明に係るウレタン樹脂以外のウレタン樹脂、エポキシ樹脂アクリル樹脂等が挙げられる。そして、表面層の形成における、本発明に係るウレタン樹脂及び他のポリマー成分の総使用量に対する他のポリマー成分の使用量の割合は、0〜20質量%が好ましく、0〜10質量%がより好ましい。上記割合が20質量%以下であることにより、導電性ローラにおける画像不良の発生を十分に低減することができる。
なお、本発明に係るウレタン樹脂以外のポリマー成分は、例えば、粒子状のものであってもよい。

0033

上記表面層の形成には、更に、ポリオールとポリイソシアネートとの反応を促進するための触媒を用いることができる。該触媒としては、例えば、ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズジアセテート、ジブチルスズチオカルボキシレート、ジブチルスズジマレエートジオクチルスズチオカルボキシレート、オクテン酸スズ等の有機スズ化合物;オクテン酸鉛等の有機鉛化合物トリエチルアミンジメチルシクロヘキシルアミン等のモノアミン類テトラメチルエチレンジアミンテトラメチルプロパンジアミンテトラメチルヘキサンジアミン等のジアミン類ペンタメチルジエチレントリアミンペンタメチルジプロピレントリアミンテトラメチルグアニジン等のトリアミン類;トリエチレンジアミンジメチルピペラジンメチルエチルピペラジンメチルモルホリンジメチルアミノエチルモルホリンジメチルイミダゾール等の環状アミン類;ジメチルアミノエタノールジメチルアミノエトキシエタノールトリメチルアミノエチルエタノールアミンメチルヒドロキシエチルピペラジンヒドロキシエチルモルホリン等のアルコールアミン類;ビス(ジメチルアミノエチル)エーテルエチレングリコールビス(ジメチル)アミノプロピルエーテル等のエーテルアミン類等が挙げられる。これら触媒の中でも、有機スズ化合物が好ましい。これら触媒は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。上記触媒の使用量は、本発明に係るポリオール100質量部に対して0.001〜2.0質量部の範囲が好ましい。

0034

上記表面層の形成には、その導電性を制御する目的で導電剤を用いることができ、該導電剤としては、上記基層に用いられる導電剤として例示したものと同様のものを例示することができる。ここで、表面層の形成における導電剤の使用量は、イオン導電剤の場合には、本発明に係るウレタン樹脂100質量部に対し20質量部以下が好ましく、0.01〜20質量部の範囲がより好ましく、1〜10質量部の範囲が更に好ましく、一方、電子導電剤の場合には、本発明に係るウレタン樹脂100質量部に対し、1〜70質量部の範囲が好ましく、5〜50質量部の範囲が更に好ましい。そして、上記表面層は、上記導電剤の添加により、体積抵抗値が103〜1010Ω・cmの範囲になるように調整されることが好ましく、104〜108Ω・cmの範囲になるように調整されることが更に好ましい。

0035

上記表面層の厚さは、特に制限されるものではないが、30μm以下であることが好ましく、1〜15μmの範囲が更に好ましい。表面層の厚さが30μm以下であることにより、表面層が硬くなって柔軟性が損なわれる虞を回避することができ、耐久性が低下して使用によりクラックが発生したり、トナーにダメージを与えて感光ドラムや成層ブレードへのトナーの固着が発生して画像不良となる虞を回避することができる。

0036

上記表面層の形成方法は、特に限定されるものではなく、表面層の形成に用いられる各成分を含む塗料を調製し、該塗料をディッピング法スプレー法、或いはロールコート法により塗布し、乾燥する方法が好ましく用いられる。

0037

そして、本発明の導電性ローラは、画像形成装置の帯電ローラ、現像ローラ、トナー供給ローラ、転写ローラ、給紙ローラ、クリーニングローラ、定着用の加圧ローラ等として用いることができるが、現像ローラとして特に好適に用いることができる。ここで、本発明の導電性ローラが現像ローラとして用いられる一実施形態を、図2を参照しながら詳細に説明する。図2は、本発明の導電性ローラを現像ローラとして備える画像形成装置の一例の部分断面図である。図示例の画像形成装置は、トナー5を供給するためのトナー供給ローラ6と、静電潜像を保持する感光ドラム7と、トナー供給ローラ6と感光ドラム7との間に配置された上述の現像ローラ1と、現像ローラ1の近傍(図では上部)に設けられた成層ブレード8と、感光ドラム7の近傍(図では上方)に位置する帯電ローラ9と、感光ドラム7の近傍(図では下方)に位置する転写ローラ10と、感光ドラム7に隣接して設けられたクリーニング部11とを備える。なお、上記の画像形成装置は、更に画層形成装置通常用いられる公知の部品(図示せず)を備えることができる。

0038

図示例の画像形成装置においては、帯電ローラ9によって、感光ドラム7が一定電位帯電した後、露光機(図示せず)により静電潜像が感光ドラム7上に形成される。次に、トナー供給ローラ6と、現像ローラ1と、感光ドラム7とが、図中の矢印方向に回転することで、トナー供給ローラ6上のトナー5が現像ローラ1を経て感光ドラム7に送られる。現像ローラ1上のトナー5は、成層ブレード8により、均一な薄層に整えられ、現像ローラ1と感光ドラム7とが接触しながら回転することにより、トナー5が現像ローラ1から感光ドラム7の静電潜像に付着し、該潜像可視化する。潜像に付着したトナー5は、転写ローラ10で紙等の記録媒体転写され、また、転写後に感光ドラム7上に残留するトナー5は、クリーニング部11のクリーニングブレード12によって除去される。ここで、本発明の導電性ローラを現像ローラとして備える画像形成装置においては、上述したウレタン樹脂を現像ローラ1の表面層の材料として用いているため、たとえ高温環境下に長期間置かれたとしても、現像ローラ1の表面上に存在するトナー5への汚染物質の溶着が効果的に抑制されている。よって、本発明の導電性ローラを現像ローラとして備える画像形成装置によれば、耐トナー汚染性に優れるとともに、現像ローラへのトナーの固着も抑制することができ、帯電性の不均一化、部材の隙間からのトナーの漏出などを効果的に抑えつつ、良好な画像を安定して形成することが可能となる。

0039

本発明の導電性ローラは、例えば現像ローラとして用いられる場合には、JIS10点平均粗さ(Rz)が10μm以下であることが好ましい。導電性ローラのJIS10点平均粗さ(Rz)が10μm以下であることにより、トナーの帯電量が不足して画像に地カブリ階調不良を発生させる虞を十分に回避することができる。

0040

本発明の導電性ローラの抵抗値は、特に制限されるものではないが、例えば現像ローラとして用いられる場合には、良好な画像を得るために電気抵抗が103〜1010Ωであることが好ましく、104〜108Ωであることが更に好ましい。導電性ローラの抵抗値が103Ω以上であることにより、階調性コントロールを容易に行うことができ、また、感光ドラムに欠陥があった場合であっても、バイアスリークの発生を抑制することができる。一方、抵抗値が1010以下であることにより、現像ローラとしての導電性ローラ自体の高抵抗に起因する現像バイアス電圧降下が抑えられ、現像に十分な現像バイアスが確保でき、十分な画像濃度を得ることができる。なお、抵抗値の測定は、例えば、平板状又は円筒状の対極に導電性ローラの外周面所定圧力で押し当て、シャフトと対極との間に100Vの電圧印加し、その際の電流値から求めることができる。このように、導電性ローラとしての現像ローラの抵抗値を適正かつ均一に制御することにより、トナーが移動するための電界強度を適正かつ均一に保つことができる。

0041

本発明の導電性ローラは、例えば現像ローラとして用いられる場合には、アスカーC硬度が60°以下であることが好ましい。アスカーC硬度が60°以下の低硬度な現像ローラとしての導電性ローラであれば、画像形成装置に組み込んだ場合に、現像ローラと、感光ドラム、成層ブレード及びトナー供給ローラ等との間でトナーが損傷を受けるのを防止して、より良好な画像を形成することができる。

0042

以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は下記の実施例になんら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更可能である。

0043

(基層Aの作製)
三洋化成工業株式会社製「サンニックFA−951」2000g、株式会社クラレ製「クラレポリオールF−510」5000g、株式会社クラレ製「クラレポリオールF−1010」2000g、及び、日東化成株式会社製「ネオスタンU−100」10gをそれぞれ量するとともに、ポリウレタンフォーム用の整泡剤(東レ・ダウコーニングシリコーン製SF−2937F」)100gを秤量した。次いで、これらを混合してポリオール混合物を調製し、メカニカルフロス注入タンクにセットした。
一方、まず、エクセノール5030とTDIとを、INDEXが4.5となるように三口フラスコに正確に計り取り、マントルヒーター液温70℃で2時間加熱したのち、水酸基価法によりポリオールの消失を確認して反応を終了して、プレポリマー化TDI(NCO基:7%)を得た。次いで、上述のプレポリマー化TDI20000gと、導電剤(デンカ株式会社製「デンカブラック」)600gとをそれぞれ秤量し、これらを混合、撹拌してイソシアネート混合物を調製し、メカニカルフロス注入タンクにセットした。
そして、上述したポリオール混合物及びイソシアネート混合物を、INDEX比(NCO基のモル数OH基のモル数)が1.1となるように流量を調整しつつ、シャフトが所定配置されたモールドに流し込み、120℃のオーブンで30分間加熱した。加熱後、モールドから取り出して、シャフトの半径方向外側に熱硬化ポリウレタン製の基層Aを得た。
なお、この基層A付きシャフトは、比較例1〜7及び実施例1〜6で用いた。

0044

(基層Bの作製)
ウレタンアクリレートオリゴマー800g、水酸基含有メタアクリレート共栄社化学製「ライトアクリレートHO−P」)200g、光重合開始剤(BASF社製「IRGACURE184」)5g、及びイオン導電剤(三光化学工業株式会社製「サンコノールPEO20R」)5gをそれぞれ秤量し、撹拌して混合物を得た。次に、上述の混合物を、ダイコータにより、シャフトに対して厚さ0.5mmで塗布して膜を形成した。そして、Fusion社製UVランプのHバルブにより紫外線照射し、上述の膜を硬化させて、シャフトの半径方向外側に紫外線硬化ポリウレタン製の基層Bを得た。
なお、この基層B付きシャフトは、実施例7〜10で用いた。

0045

(表面層の作製)
表1に記載の通りに選択されたポリオールと、ポリイソシアネート(ダイプラコートEN−2)と、粒子状のウレタン樹脂(根上工業株式会社製「アートパールC800」)とを、それぞれ表1に記載の通りに秤量した後、固形分濃度が3%となるようにメチルエチルケトンを加えて撹拌して混合液を得た。次いで、当該混合液を、ディッピング法により、基層の表面に塗着させた後、120℃のオーブンで60分間加熱して、混合液中のポリオールとポリイソシアネートとを反応させてウレタン樹脂を合成した。このようにして、シャフトと、基層と、表面層とを備える導電性ローラを作製した。なお、表2に、使用したポリオールの詳細を示す。
そして、作製した導電性ローラに関して、以下の測定又は評価を行った。

0046

(ウレタン樹脂の質量変化の測定)
表面層の作製に用いたポリオールと、ポリイソシアネート(ダイプラコートEN−2)とを、表1に記載の質量比で秤量した後、固形分濃度が3%となるようにメチルエチルケトンを加えて撹拌して混合液を得た。次いで、当該混合液を、ディッピング法により、所定の基板の表面に塗着させた後、120℃のオーブンで60分間加熱して、混合液中のポリオールとポリイソシアネートとを反応させてウレタン樹脂を合成した。
得られたウレタン樹脂について、株式会社島津製作所製TGAを用い、「大気中にて130℃で2時間放置した後の質量変化」(%)を測定した。結果を表1に示す。

0047

プリンタ高温試験の評価)
市販のプリンタカートリッジ(Brother社製「TN−28」)に、上述のようにして作製した導電性ローラを現像ローラとして組み込んだ。この状態で、50℃にて5日間の放置、並びに、23℃で55%RHの環境(「NN環境」という。)にて4時間以上の放置を行った。次いで、100%印字及び50%印字を行い、スジ状の印字不良、トナー漏出、及び噴出しの少なくともいずれかが発生していた場合には「×」、いずれも発生していない場合には「○」と評価した。結果を表1に示す。
なお、上記の「噴出し」は、以下の方法で確認した。
放置後のカートリッジにふたを取り付け、プリンタに組み込まない状態で空回転させた。
空回転は、現像ローラの回転数が300rpmとなるように調整し、20秒間行った。空回転後、カートリッジからこぼれ落ちたトナー量を噴出し量とし、5mg以上こぼれた場合に、噴出しが発生したものと判定した。なお、こぼれ落ちたトナー量は、取り付けたふたの重量をあらかじめ測定し、空回転後にこぼれ落ちたトナーと共に重量を測定することで算出した。

0048

(導電性ローラの抵抗値の測定)
上述のようにして作製した導電性ローラを、23℃で55%RHの環境(NN環境)にて12時間以上放置した後、ADVANTEST社製のデジタルマルチメーターを用いて、当該導電性ローラの抵抗値を測定した。同様に、上述のようにして作製した導電性ローラを、10℃で15%RHの環境(「LL環境」という。)にて12時間放置した後、ADVANTEST社製のデジタルマルチメーターを用いて、当該導電性ローラの抵抗値を測定した。なお、測定の際、正極は金属軸に接続し、負極は導電性ローラを1kgの重り押し付け金属プレート側に接続した。導電性ローラの抵抗値は、良好な画像を得る観点から、1.0×1010Ω以下であることが好ましい。
これらの結果を表1に示す。

0049

0050

※クラレポリオールシリーズは、カルボン酸がアジピン酸又はセバシン酸であり、且つ、アルコールが3−メチル−1,5−ペンタンジオール又は1,9−ノナンジオールであるポリオールである。

0051

表1,2の結果から、カルボン酸とアルコールとによるエステル結合を有するポリオールをポリイソシアネートと反応させてなるウレタン樹脂であって、且つ、大気中にて130℃で2時間放置した後の質量変化が2%以下であるウレタン樹脂を用いて表面層が形成された導電性ローラを用いた実施例1〜10では、プリンタ高温試験において印字不良等の問題が発生することがなく、また、導電性ローラの抵抗値も良好な範囲内となっていた。従って、本発明に係る導電性ローラによれば、画像不良の発生を効果的に低減することができることが分かる。

実施例

0052

一方、比較例1,2は、少なくともプリンタ高温試験の評価結果が悪かった。これは、ポリオールとしてラクトン系ポリオールを用いていること、用いたポリオールとポリイソシアネートとから、所望のウレタン樹脂、具体的には、大気中にて130℃で2時間放置した後の質量変化が2%以下であるウレタン樹脂を得ることができなかったこと等に因るものと考えられる。
また、比較例3〜5も、少なくともプリンタ高温試験の評価結果が悪かった。これは、用いたポリオールとポリイソシアネートとから、所望のウレタン樹脂、具体的には、大気中にて130℃で2時間放置した後の質量変化が2%以下であるウレタン樹脂を得ることができなかったこと等に因るものと考えられる。
そして、比較例6,7は、少なくとも導電性ローラの抵抗値が高く、電子写真方式のプリンタにとって好適なローラを作製することができなかった。これは、ポリオールとして、炭素数が多く、且つエステル結合を有さないポリオールを用いていること等に因るものと考えられる。

0053

本発明によれば、画像不良の発生を低減することができる導電性ローラを提供することができる。

0054

1導電性ローラ
2シャフト
3基層
4表面層
5トナー
6トナー供給ローラ
7感光ドラム
8成層ブレード
9帯電ローラ
10転写ローラ
11クリーニング部
12 クリーニングブレード

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