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技術 導電性ローラ

出願人 株式会社ブリヂストン
発明者 山崎有希田河宏高熱海陽彦杉村考之
出願日 2018年3月5日 (2年3ヶ月経過) 出願番号 2018-038493
公開日 2019年9月12日 (9ヶ月経過) 公開番号 2019-152778
状態 未査定
技術分野 電子写真における帯電・転写・分離 電子写真における乾式現像 電子写真一般。全体構成、要素
主要キーワード 導電性複合粒子 表層用塗料 撹拌モーター ポリプロピレンオキサイド共重合体 硬度範囲 表面抵抗層 抵抗測定機 酸化チタンウィスカー
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年9月12日)のものです。
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図面 (3)

課題

画像形成装置に適用した際に、画像不良が発生しにくく、高画質な画像が得られる導電性ローラを提供すること。更に、前記導電性ローラを有する画像形成装置を提供すること。

解決手段

シャフトと、シャフトの外周に形成された弾性層とを備え、弾性層が、ポリイソシアネート及びポリオールを反応させてなるポリウレタンを含み、弾性層が、DBP吸油量が20ml/100g以上120ml/100g以下であるカーボンブラックを含有し、弾性層が、ポリイソシアネート100質量部に対して、イオン導電剤を0.1〜10質量部含有することを特徴とする、導電性ローラ。

概要

背景

電子写真方式を採用する複写機プリンターファクシミリなどの電子写真機において、感光体の周囲には、帯電ローラ現像ローラ転写ローラトナー供給ローラなどの導電性ローラが配設されている。
これらの導電性ローラでは、それぞれの用途に好適な抵抗を有するとともに、均一な帯電性を有することが重要であり、帯電均一性を向上させる種々の方法が報告されている。
特許文献1には、被帯電体に当接させ電圧印加することにより該被帯電体を帯電処理する帯電部材であって、少なくとも導電性弾性層を有する帯電部材において、該導電性弾性層が、窒素吸着比表面積が45〜300[m2/g]かつDBP吸油量が50〜250[ml/100g]の導電性顔料を含有することを特徴とする帯電部材が記載されている。
また、特許文献2には、母粒子の表面を導電材被覆した導電性複合粒子を含有する表面抵抗層を備えた帯電部材において、該導電性複合粒子の比表面積が80m2/g以上、300m2/g以下であり、かつ該導電性複合粒子のDBP吸油量が50cm3/100g以上、250cm3/100g以下であることを特徴とする帯電部材が記載されている。

概要

画像形成装置に適用した際に、画像不良が発生しにくく、高画質な画像が得られる導電性ローラを提供すること。更に、前記導電性ローラを有する画像形成装置を提供すること。シャフトと、シャフトの外周に形成された弾性層とを備え、弾性層が、ポリイソシアネート及びポリオールを反応させてなるポリウレタンを含み、弾性層が、DBP吸油量が20ml/100g以上120ml/100g以下であるカーボンブラックを含有し、弾性層が、ポリイソシアネート100質量部に対して、イオン導電剤を0.1〜10質量部含有することを特徴とする、導電性ローラ。

目的

本発明の目的は、画像形成装置に適用した際に、画像不良が発生しにくく、高画質な画像が得られ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、シャフトの外周に形成された弾性層とを備え、弾性層が、ポリイソシアネート及びポリオールを反応させてなるポリウレタンを含み、弾性層が、DBP吸油量が20ml/100g以上120ml/100g以下であるカーボンブラックを含有し、弾性層が、ポリイソシアネート100質量部に対して、イオン導電剤を0.1〜10質量部含有することを特徴とする、導電性ローラ

請求項2

前記弾性層が前記カーボンブラックを、ポリイソシアネート100質量部に対して1〜25質量部含有する、請求項1に記載の導電性ローラ。

請求項3

前記弾性層の体積抵抗値が104Ω以上109Ω以下である、請求項1又は2に記載の導電性ローラ。

請求項4

前記弾性層が含有するポリウレタンが、発泡ポリウレタンである、請求項1〜3のいずれかに記載の導電性ローラ。

請求項5

前記導電性ローラが、更に弾性層の表面に形成された表層を備える、請求項1〜4のいずれかに記載の導電性ローラ。

請求項6

前記導電性ローラが、現像ローラである、請求項1〜5のいずれかに記載の導電性ローラ。

請求項7

請求項1〜6のいずれかに記載の導電性ローラを有することを特徴とする、画像形成装置

技術分野

0001

本発明は、導電性ローラに関する。

背景技術

0002

電子写真方式を採用する複写機プリンターファクシミリなどの電子写真機において、感光体の周囲には、帯電ローラ現像ローラ転写ローラトナー供給ローラなどの導電性ローラが配設されている。
これらの導電性ローラでは、それぞれの用途に好適な抵抗を有するとともに、均一な帯電性を有することが重要であり、帯電均一性を向上させる種々の方法が報告されている。
特許文献1には、被帯電体に当接させ電圧印加することにより該被帯電体を帯電処理する帯電部材であって、少なくとも導電性弾性層を有する帯電部材において、該導電性弾性層が、窒素吸着比表面積が45〜300[m2/g]かつDBP吸油量が50〜250[ml/100g]の導電性顔料を含有することを特徴とする帯電部材が記載されている。
また、特許文献2には、母粒子の表面を導電材被覆した導電性複合粒子を含有する表面抵抗層を備えた帯電部材において、該導電性複合粒子の比表面積が80m2/g以上、300m2/g以下であり、かつ該導電性複合粒子のDBP吸油量が50cm3/100g以上、250cm3/100g以下であることを特徴とする帯電部材が記載されている。

先行技術

0003

特開平7−134469号公報
特開2006−133591号公報

発明が解決しようとする課題

0004

本発明の目的は、画像形成装置に適用した際に、画像不良が発生しにくく、高画質な画像が得られる導電性ローラを提供することである。更に本発明は、前記導電性ローラを有する画像形成装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0005

本発明者らは鋭意検討した結果、シャフトの外周に形成された弾性層を有する導電性ローラにおいて、導電剤として特定のDBP吸油量を有するカーボンブラック、及び特定の含有量イオン導電剤を使用することにより、上記の課題を解決し得ることを見出した。
すなわち、本発明は、以下の<1>〜<7>に関する。
<1> シャフトと、シャフトの外周に形成された弾性層とを備え、弾性層が、ポリイソシアネート及びポリオールを反応させてなるポリウレタンを含み、弾性層が、DBP吸油量が20ml/100g以上120ml/100g以下であるカーボンブラックを含有し、弾性層が、ポリイソシアネート100質量部に対して、イオン導電剤を0.1〜10質量部含有することを特徴とする、導電性ローラ。
<2> 前記弾性層が前記カーボンブラックを、ポリイソシアネート100質量部に対して1〜25質量部含有する、<1>に記載の導電性ローラ。
<3> 前記弾性層の体積抵抗値が104Ω以上109Ω以下である、<1>又は<2>に記載の導電性ローラ。
<4> 前記弾性層が含有するポリウレタンが、発泡ポリウレタンである、<1>〜<3>のいずれかに記載の導電性ローラ。
<5> 前記導電性ローラが、更に弾性層の表面に形成された表層を備える、<1>〜<4>のいずれかに記載の導電性ローラ。
<6> 前記導電性ローラが、現像ローラである、<1>〜<5>のいずれかに記載の導電性ローラ。
<7> <1>〜<6>のいずれかに記載の導電性ローラを有することを特徴とする、画像形成装置。

発明の効果

0006

本発明によれば、画像形成装置に適用した際に、画像不良が発生しにくく、高画質な画像が得られる導電性ローラを提供することができる。更に本発明によれば、前記導電性ローラを有する画像形成装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0007

本発明の導電性ローラの一実施態様を示す、導電性ローラの軸方向に直交する方向での断面図である。
電子写真方式の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。

0008

以下に、本発明をその実施形態に基づき詳細に例示説明する。なお、以下の説明において、数値範囲を示す「A〜B」の記載は、端点であるA及びBを含む数値範囲を表し、A<Bの場合、「A以上B以下」を表し、A>Bの場合、「A以下B以上」を表す。
また、質量部及び質量%は、それぞれ、重量部及び重量%と同義である。

0009

[導電性ローラ]
本発明の導電性ローラは、シャフトと、シャフトの外周に形成された弾性層とを備え、弾性層が、ポリイソシアネート及びポリオールを反応させてなるポリウレタンを含み、弾性層が、DBP吸油量が20ml/100g以上120ml/100g以下であるカーボンブラックを含有し、弾性層が、ポリイソシアネート100質量部に対して、イオン導電剤を0.1〜10質量部含有することを特徴とする。

0010

本発明者等は、弾性層を有する導電性ローラにおいて、弾性層が特定のDBP吸油量を有するカーボンブラックを含有し、更に、イオン導電剤を特定量含有することにより、画像形成装置に適用した際に、画像不良が発生しにくく、高画質な画像が得られることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。なお、本発明において、高画質な画像とは、少なくともドット再現性に優れた画像を意味し、画像濃度ムラが抑制された画像であることが好ましい。
上記の効果が得られる詳細な機構は不明であるが、一部は以下のように考えられる。
画像形成装置に適用される導電性ローラには、所望の抵抗値が求められてきたが、本発明者等は、特に弾性層を有する導電性ローラにおいては、弾性層の抵抗値及び抵抗値の均一性が高画質な画像を得るためには重要であることを見出した。
弾性層が特定のDBP吸油量を有するカーボンブラックを含有することで、所望の抵抗値が達成されたものと考えられる。また、イオン導電剤を特定の範囲で含有することで、導電性ローラ内での抵抗値の均一性が向上するとともに、導電性ローラ間での抵抗値の均一性も向上し、より高画質な画像が得られるとともに、導電性ローラの生産性の向上にも寄与するものと考えられる。
以下、本発明について詳細に説明する。

0011

以下に図面を参照しつつ、本発明の導電性ローラの実施形態について説明する。図1は、本発明の導電性ローラ10の一例を示す、導電性ローラ10の軸方向に直交する方向での断面図である。
図1において、導電性ローラ10は、複写機、プリンター等の画像形成装置内で使用することが好ましく、現像ローラ、トナー供給ローラ、帯電ローラなどに使用される。これらの中でも、本発明の導電性ローラは、特に現像ローラに好適な抵抗値を有し、抵抗の均一性に優れることから、現像ローラであることが好ましい。
本発明の導電性ローラ10は、図1に示すように、シャフト12と、シャフト12側から、少なくとも弾性層13を有する。本発明において、導電性ローラ10は、少なくともシャフト12の外周に形成された弾性層13を有し、更に、弾性層13の外周側に形成された表層14を有することが好ましい。なお、本発明において、導電性ローラ10は、弾性層13と表層14との間に、下層(不図示)を有していてもよく、また、弾性層13と下層との間に、接着層(不図示)を有していてもよく、特に限定されない。
これらの中でも、本発明の導電性ローラは、シャフト12の外周に形成された弾性層13及び表層14を少なくとも有することが好ましく、シャフト12の外周に形成された弾性層13及び表層14からなることがより好ましい。

0012

<シャフト>
シャフト12は、導電性ローラ10の軸となるものであり、良好な導電性を有するものであれば特に限定されないが、例えば、硫黄快削鋼などの鋼材に、ニッケル亜鉛メッキを施したものや、鉄、ステンレススチール、及びアルミニウムなどの金属製とすることができる。また、シャフト12は、十分な剛性を有していれば、その形状は特に限定されず、中実体、又はその内部を中空にくりぬいた円筒体などが挙げられる。

0013

<弾性層>
本発明において、弾性層13は、シャフト12の外周側、図1では、シャフト12の外周上に形成され、導電性及び弾性を有する層であり、導電性ローラ10が被帯電体に当接した際の圧力を吸収するとともに、シャフト12からの電流を導電性ローラ10の表面まで通電させる層である。
本発明において、弾性層13は、ポリイソシアネート及びポリオールを反応させて得られるポリウレタンを含み、更に、DBP吸油量が20ml/100g以上120ml/100g以下であるカーボンブラックを含有する。

0014

(ポリウレタン)
本発明において、弾性層は、ポリイソシアネート及びポリオールを反応させて得られるポリウレタンを含有する。
ポリウレタンを構成するポリイソシアネートとしては、芳香族イソシアネート又はその誘導体脂肪族イソシアネート又はその誘導体、脂環族イソシアネート又はその誘導体が用いられる。これらの中でも芳香族イソシアネート又はその誘導体が好ましく、特に、トリレンジイソシアネート(TDI)又はその誘導体、ジフェニルメタンジイソシアネートMDI)又はその誘導体が好適に用いられる。

0015

トリレンジイソシアネート又はその誘導体としては、粗製トリレンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネートと2,6−トリレンジイソシアネートとの混合物、これらのウレア変性物、ビュレット変性物カルボジイミド変性物、ポリオール等で変性したウレタン変性物等が用いられる。
ジフェニルメタンジイソシアネート又はその誘導体としては、例えば、ジアミノジフェニルメタン又はその誘導体をホスゲン化して得られたジフェニルメタンジイソシアネート又はその誘導体が用いられる。ジアミノジフェニルメタンの誘導体としては、多核体などがあり、ジアミノジフェニルメタンから得られた純ジフェニルメタンジイソシアネート、ジアミノジフェニルメタンの多核体から得られたポリメリック・ジフェニルメタンジイソシアネートなどを用いることができる。ポリメリック・ジフェニルメタンジイソシアネートの官能基数については、通常、純ジフェニルメタンジイソシアネートと様々な官能基数のポリメリック・ジフェニルメタンジイソシアネートとの混合物が用いられ、平均官能基数が好ましくは2.05〜4.00、より好ましくは2.50〜3.50のものが用いられる。また、これらのジフェニルメタンジイソシアネート又はその誘導体を変性して得られた誘導体、例えば、ポリオール等で変性したウレタン変性物、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/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、ビュレット変性物なども用いることができる。また、数種類のジフェニルメタンジイソシアネートやその誘導体をブレンドして用いることもできる。

0016

また、ポリイソシアネートをポリオールにより予めプレポリマー化してもよく、その方法としては、ポリイソシアネートとポリオールとを、好ましくは40〜70℃で、好ましくは6〜240時間、より好ましくは24〜72時間保温する方法が挙げられる。この場合、ポリオールとポリイソシアネートとの配合量の比率は、得られるプレポリマーのポリイソシアネート含有率が4〜30質量%となるように調節することが好ましく、より好ましくは6〜15質量%である。イソシアネートの含有率が4質量%未満であると、プレポリマーの安定性が損なわれ、貯蔵中にプレポリマーが硬化してしまい、使用に供することができなくなるおそれがある。また、イソシアネートの含有率が30質量%を超えると、プレポリマー化されていないイソシアネートの含有量が増加し、このポリイソシアネートは、後のポリウレタン硬化反応において用いるポリオール成分と、プレポリマー化反応を経ないワンショット製法に類似の反応機構により硬化するため、プレポリマー法を用いる効果が薄れる。イソシアネートを予めポリオールによりプレポリマー化したイソシアネート成分を用いる場合のポリオール成分としては、後述するポリオール成分に加えて、エチレングリコールブタンジオール等のジオール類トリメチロールプロパンソルビトール等のポリオール類やそれらの誘導体を用いることもできる。

0017

ポリオール成分としては、例えば、エチレンオキサイドプロピレンオキサイドとを付加重合したポリエーテルポリオールポリテトラメチレンエーテルグリコール、酸成分とグリコール成分を縮合したポリエステルポリオールカプロラクトン開環重合したポリエステルポリオール、ポリカーボネートジオール等を用いることができる。

0018

エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとを付加重合したポリエーテルポリオールとしては、例えば、水、プロピレングリコール、エチレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオールトリエタノールアミンジグリセリンペンタエリスリトールエチレンジアミンメチルグルコジット、芳香族ジアミン、ソルビトール、ショ糖リン酸等を出発物質とし、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドを付加重合したものを挙げることができるが、特に、水、プロピレングリコール、エチレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオールを出発物質としたものが好適である。付加するエチレンオキサイドとプロピレンオキサイドの比率やミクロ構造については、エチレンオキサイドの比率が好ましくは2〜95質量%、より好ましくは5〜90質量%であり、末端にエチレンオキサイドが付加しているものが好ましい。また、分子鎖中のエチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとの配列は、ランダムであることが好ましい。

0019

なお、かかるポリエーテルポリオールの分子量としては、水、プロピレングリコール、エチレングリコールを出発物質とする場合は2官能となり、重量平均分子量で300〜6,000の範囲のものが好ましく、400〜3,000の範囲のものがより好ましい。また、グリセリン、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオールを出発物質とする場合は3官能となり、重量平均分子量で900〜9,000の範囲のものが好ましく、1,500〜6,000の範囲のものがより好ましい。更に、2官能のポリオールと3官能のポリオールとを適宜ブレンドして用いることもできる。

0020

また、ポリテトラメチレンエーテルグリコールは、例えば、テトラヒドロフランカチオン重合によって得ることができ、重量平均分子量は、好ましくは400〜4,000の範囲、より好ましくは650〜3,000の範囲である。また、分子量の異なるポリテトラメチレンエーテルグリコールをブレンドすることも好ましい。更に、エチレンオキサイドやプロピレンオキサイドなどのアルキレンオキサイドを共重合して得られたポリテトラメチレンエーテルグリコールを用いることもできる。
更に、ポリテトラメチレンエーテルグリコールと、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとを付加重合したポリエーテルポリオールとをブレンドして用いることも好ましい。この場合、これらのブレンド比率が、質量比で好ましくは95:5〜20:80の範囲、より好ましくは90:10〜50:50の範囲である。
また、前記ポリオール成分とともに、ポリオールをアクリロニトリル変性したポリマーポリオール、ポリオールにメラミンを付加したポリオール、ブタンジオール等のジオール類、トリメチロールプロパンなどのポリオール類やこれらの誘導体を併用することもできる。

0021

本発明において、弾性層が含有するポリウレタンは、未発泡ゴム状でもよく、発泡したフォーム状でもよいが、より弾性に優れた弾性層を得る観点から、発泡ポリウレタン(ポリウレタンフォーム)であることが好ましい。

0022

(カーボンブラック)
本発明において、弾性層は、DBP吸油量が20ml/100g以上120ml/100g以下のカーボンブラックを含有する。カーボンブラックのDBP吸油量が20ml/100g以上120ml/100g以下であると、所望の体積抵抗値が得られる。
弾性層が含有するカーボンブラックのDBP吸油量は、所望の体積抵抗値を得る観点から、好ましくは30ml/100g以上、より好ましくは40ml/100g以上、更に好ましくは50ml/100g以上であり、また、好ましくは110ml/100g以下、より好ましくは100ml/100g以下、更に好ましくは90ml/100g以下である。
ここで、DBP(ジブチルフタレート吸油量は、JIS K 6217:2017に準拠して測定することができる。
なお、弾性層は、DBP吸油量が20ml/100g未満又は120ml/100gを超えるカーボンブラックを含有していてもよいが、その含有量は、DBP吸油量が20ml/100g以上120ml/100g以下のカーボンブラックの含有量を100質量部としたとき、好ましくは100質量部以下、より好ましくは30質量部以下、更に好ましくは10質量部以下、より更に好ましくは3質量部以下、より更に好ましくは1質量部以下、より更に好ましくは含有しないことである。
なお、カーボンブラックは1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。

0023

弾性層が含有するカーボンブラックの窒素吸着比表面積(N2SA)は、所望の抵抗を有する導電性ローラを得る観点から、好ましくは20m2/g以上、より好ましくは40m2/g以上、更に好ましくは60m2/g以上、より更に好ましくは70m2/g以上であり、そして、好ましくは400m2/g以下、より好ましくは300m2/g以下、更に好ましくは250m2/g以下、より更に好ましくは200m2/g以下である。
ここで、カーボンブラックの窒素吸着比表面積(N2SA)は、JIS K 6217:2017に準拠して測定することができる。

0024

弾性層中のカーボンブラックの含有量は、ポリイソシアネート100質量部に対して、好ましくは1質量部以上、より好ましくは2質量部以上であり、そして、好ましくは25質量部以下、より好ましくは20質量部以下、更に好ましくは15質量部以下、より更に好ましくは8質量部以下である。
弾性層中のカーボンブラックの含有量が上記範囲内であると、所望の抵抗値を容易に得やすい。

0025

(イオン導電剤)
本発明において、弾性層は、ポリイソシアネート100質量部に対して、イオン導電剤を0.1〜10質量部含有する。弾性層がイオン導電剤を上記の含有量で含有することにより、導電性ロール内での抵抗の均一性が向上し、高画質な画像が得られる。
イオン導電剤の含有量は、ポリイソシアネート100質量部に対して、好ましくは8質量部以下、より好ましくは4質量部以下である。

0026

イオン導電剤としては、限定されるものではないが、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(例えば、ラウリ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、オクタデシルトリメチルアンモニウム(例えば、ステアリ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などと過塩素酸塩素酸塩酸臭素酸ヨウ素酸ホウフッ化水素酸硫酸エチル硫酸カルボン酸スルホン酸などとのアンモニウム塩リチウムナトリウムカリウムカルシウムマグネシウムなどのアルカリ金属アルカリ土類金属と過塩素酸、塩素酸、塩酸、臭素酸、ヨウ素酸、ホウフッ化水素酸、トリフルオロメチル硫酸、スルホン酸などとのアルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩;が挙げられる。

0027

イオン導電剤としては、リチウム塩が好ましい、イオン導電剤がリチウム塩であると、より抵抗均一性に優れた導電性ローラが得られる。
該リチウム塩は、スルホン酸やトリフルオロメタンスルホン酸等の有機酸の塩であってもよいし、過塩素酸やテトラフルオロホウ酸等の無機酸の塩であってもよい。ここで、該リチウム塩としては、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N、過塩素酸リチウム(LiClO4)、塩化リチウム(LiCl)、臭化リチウム(LiBr)、LiBF4、LiPF6、LiCF3SO2、LiCF3SO3、LiAsF6、LiC4F9SO3、LiC6H5SO3等が挙げられる。
また、リチウム塩として、リチウム塩ポリオールを使用してもよい。リチウム塩ポリオールとしては、リチウム塩をポリオールに溶解し、配位させてイオン化(Li+)した複合体の1種又は2種以上が挙げられる。前記リチウム塩ポリオールの具体例としては、例えば当栄ケミカル(株)製のサンコノール(登録商標)PEO−20R等が挙げられる。
これらリチウム塩は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。上記リチウム塩は、種々の溶剤に溶解させて上記弾性層用原料に混合してもよい。

0028

(その他の添加剤
弾性層の原料中には、上述したポリイソシアネート及びポリオール、カーボンブラック、並びにイオン導電剤に加えて、所望に応じ、発泡剤(水、低沸点物ガス体等)、架橋剤、界面活性剤触媒整泡剤等のその他の添加剤を添加することができ、これにより所望に応じた弾性層とすることができる。
ポリウレタンフォームの硬化反応に用いる触媒としては、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;スタナスオクトエート(Stannous Octanoate)、ジブチル錫ジアセテートジブチル錫ジラウレートジブチル錫マーカプチド(Tin dibutyl mercaptide)、ジブチル錫チオカルボキシレート、ジブチル錫ジマレエートジオクチル錫マーカプチド、ジオクチル錫チオカルボキシレート、フェニル水銀プロピオン酸塩オクテン酸鉛等の有機金属化合物などが挙げられる。これらの触媒は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

上記発泡剤としては、水、ポリジメチルシロキサンポリエチレンオキシド共重合体、ポリジメチルシロキサン−ポリプロピレンオキサイド共重合体、ポリジメチルシロキサン−ポリエチレンアジペート共重合体などが例示される。

0030

本発明においては、ポリウレタンが発泡ポリウレタン(ポリウレタンフォーム)である場合には、ポリウレタンフォーム配合中シリコーン整泡剤や各種界面活性剤を配合することが、フォーム材セルを安定させるために好ましい。
シリコーン整泡剤としては、ジメチルポリシロキサンポリオキシアルキレン共重合物等が好適に用いられ、分子量350〜15,000のジメチルポリシロキサン部分と分子量200〜4,000のポリオキシアルキレン部分とからなるものが特に好ましい。ポリオキシアルキレン部分の分子構造は、エチレンオキサイドの付加重合物やエチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとの共付加重合物が好ましく、その分子末端をエチレンオキサイドとすることも好ましい。
界面活性剤としては、カチオン性界面活性剤アニオン性界面活性剤両性等のイオン系界面活性剤や各種ポリエーテル、各種ポリエステル等のノニオン性界面活性剤が挙げられる。
これらの整泡剤及び界面活性剤は、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。シリコーン整泡剤や各種界面活性剤の配合量は、ポリイソシアネートとポリオールとの総量100質量部に対して0.1〜10質量部とすることが好ましく、0.5〜5質量部とすることがより好ましい。

0031

本発明において、弾性層が含有するポリウレタンが発泡ポリウレタン(ポリウレタンフォーム)である場合、ポリウレタンフォーム原料発泡方法としては、従来から用いられているメカニカルフロス法水発泡法、発泡剤フロス法等の方法を用いることができるが、特には、不活性ガス混入しながら機械的撹拌により発泡させるメカニカルフロス法を用いることが好ましい。
ここで、メカニカルフロス法において用いる不活性ガスは、ポリウレタン反応において不活性ガスであればよく、ヘリウムアルゴンキセノンラドンクリプトン等の狭義の不活性ガスの他、窒素二酸化炭素乾燥空気等のウレタンフォーム原料と反応しない気体が挙げられる。なお、本発明において、かかるポリウレタンフォーム原料からなる弾性層の成形条件については特に制限はなく、通常の条件に従えばよい。

0032

弾性層が含有するポリウレタンが発泡ポリウレタンである場合、その発泡倍率は、適度な弾性と、強度とを両立する観点から、好ましくは1〜20倍、より好ましくは1〜10倍、更に好ましくは1〜5倍である。

0033

弾性層の体積抵抗値は、画像形成装置に適用した場合に高画質な画像を得る観点から、好ましくは104Ω以上、より好ましくは104.5Ω以上、更に好ましくは105Ω以上、より更に好ましくは106Ω以上、より更に好ましくは107Ω以上であり、好ましくは1010Ω以下、より好ましくは109.5Ω以下、更に好ましくは109Ω以下、より更に好ましくは108.5Ω以下、より更に好ましくは108以下である。
弾性層の体積抵抗値は、実施例に記載の方法により測定される。

0034

弾性層の層厚は、導電性ローラの半径にも依存するが、例えば、導電性ローラが3〜10mmの半径を有する場合には、弾性層の層厚は、好ましくは2〜10mm、より好ましくは2〜8mm、更に好ましくは3〜6mmである。
また、弾性層のアスカーC硬度は、好ましくは45〜70°、より好ましくは50〜70°、更に好ましくは58〜62°である。アスカーC硬度は、JIS K 7312:1996に依拠して測定した値である。アスカーC硬度が上記範囲内であると、例えば導電性ローラが現像ローラである場合には、感光体と接触するのに最適な硬度範囲となり、トナー劣化を抑えつつ、トナーの塊を崩し、現像ムラを解消することができ、より高画質が画像が得られると考えられる。

0035

<表層>
本発明の導電性ローラ10は、弾性層13の外周に直接的に又は間接的に形成された表層14を有することが好ましい。上述したように、弾性層13と表層14との間に、接着層や下層を有していてもよいが、弾性層13の表面に、直接的に表層14が形成されていることが好ましい。
表層14は、導電性ローラ10の表面を形成するとともに、導電性ローラ10を現像ローラとして使用する場合には、感光体に当接する層である。
表層は、ウレタン系、アクリル系、アクリルウレタン系、フッ素系等の各種溶剤系塗料により形成することができる。これらの中でも、表層は、樹脂成分としてポリウレタンを含有することが好ましい。
また、ウレタン、アクリル、シリカ等からなる微粒子を含有させることで、表面粗さを調整してもよい。
表層には、導電剤(カーボンブラック等の電子導電剤、及びイオン導電剤)や、加硫剤加硫促進剤老化防止剤などを適宜添加してもよい。これらの中でも、表層の導電性をより高めるために、導電剤を含有することが好ましく、これにより、より高画質な画像が得られる。前記導電剤としては、イオン導電剤及び電子導電剤から選択される少なくとも1種を使用すればよく、2種以上を併用してもよい。イオン導電剤としては、弾性層で例示したイオン導電剤が例示される。また、電子導電剤としては、ITO、酸化スズ酸化チタン酸化亜鉛等の金属酸化物の微粒子;ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属の微粒子:現像酸化チタンウィスカー、現像チタン酸バリウムウィスカー等の現像ウィスカー等が挙げられる。更に、前記電子導電剤として、ケッチェンブラックアセチレンブラック等の現像カーボン、SAFISAF、HAF、FEF、GPF、SRF、FT、MT等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天然グラファイト人造グラファイト等を使用することができる。
表層は、弾性層に、ディップ塗布スプレー塗布ロールコーター塗布などの公知の手法を用いて、所定の溶剤系塗料を塗工し、乾燥して、所望に応じ加熱硬化させることにより、形成することが可能である。

0036

表層が、ポリウレタンを含有する場合、表層を形成するための表層用組成物は、ポリイソシアネート及びポリオールを含有することが好ましく、これに加えて、上述した導電剤、老化防止剤等を含有することが好ましい。更に、ポリイソシアネートとポリオールとの反応を促進するために、触媒を含有することが好ましく、該触媒としては、弾性層において例示したウレタン化触媒が例示される。
ポリイソシアネート及びポリオールとしては、弾性層において例示した化合物が挙げられる。
表層がポリウレタンを含有する場合、該ポリウレタンは、フォーム状ではなく、ゴム状であることが好ましい。

0037

表層の層厚は、導電性ローラの半径にも依存するが、例えば、導電性ローラが3〜10mmの半径を有する場合には、表層の層厚は、好ましくは1〜50μm、より好ましくは2〜30μm、更に好ましくは10〜30μmである。

0038

本発明の導電性ローラは、導電性ローラとしての体積抵抗値が、画像形成装置に適用した場合に高画質な画像を得る観点から、好ましくは105Ω以上、より好ましくは105.5Ω以上、更に好ましくは106Ω以上、より更に好ましくは107Ω以上、より更に好ましくは108Ω以上であり、好ましくは1011Ω以下、より好ましくは1010.5Ω以下、更に好ましくは1010Ω以下、より更に好ましくは109.5Ω以下、より更に好ましくは109以下である。
導電性ローラの体積抵抗値が上記範囲内であると、特に現像ローラとしての特性に優れる。

0039

[画像形成装置]
本発明の導電性ローラは、電子写真方式を採用する複写機、プリンター、ファクシミリなどの画像形成装置に適用することが好ましい。すなわち、本発明の導電性ローラは、画像形成装置に配設されることが好ましい。
本発明の導電性ローラは、感光体の周囲に配設される、帯電ローラ、現像ローラ、転写ローラ、トナー供給ローラなどの導電性ローラとして好適であり、特に、現像ローラとして好適に使用される。
図2は、本発明の導電性ローラが適用された電子写真方式の非磁性一成分現像画像形成装置の一例を示す概略構成図である。図2において、本実施形態に係る画像形成装置は、定められた方向に回転する像保持体としての感光体ドラム1を有し、この感光体ドラム1の周囲には、感光体ドラム1を帯電する帯電ローラ7と、この感光体ドラム1上に静電潜像を形成する潜像形成装置としての例えば露光装置と、感光体ドラム1上に形成された静電潜像を可視像化する現像ローラ2と、感光体ドラム1上で可視像化されたトナー像被転写体である記録媒体8に転写する転写ローラ5と、感光体ドラム1上の残留トナー清掃するクリーニングローラ6とを順次配設したものである。現像剤供給ローラ3は、現像ローラ2に当接して配置されている。

0040

感光体1は、記録媒体8を介して転写ローラ5に当接している。記録媒体8が通過していない時は、転写ローラ5は感光体1と直接、当接している。現像剤供給ローラ3、現像ローラ2及び感光体1を矢印方向に回転させることにより、現像剤が現像剤供給ローラ3により、現像ローラ2の表面に供給され、層規制ブレード4によって均一な薄層に整えられた後、感光体1上の静電潜像に付着し、該潜像可視化される。そして感光体1と転写ローラ5との間に電界を発生させることにより、感光体1上の現像剤像を記録媒体8に転写させる。また、クリーニングローラ6により、転写後に感光体1表面に残留する現像剤が除去される。

0041

以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。

0042

[弾性層の作製]
<実施例1>
プレポリマー化TDI(旭硝子(株)製、800BP)100質量部と導電性カーボンブラック(旭カーボン(株)製、SB805、DBP吸油量=58ml/100g、N2SA=198m2/g)25質量部とを配合したイソシアネート成分、及び、エステル系ポリオールクラレ(株)製、F510)12.5質量部と、エステル系ポリオール(クラレ(株)製、F1010)12.5質量部と、エーテル系ポリオール(三洋化成工業(株)製、FA951)25質量部と、整泡剤(東レダウコーニング(株)製、SF2937F)3質量部と、触媒(日東化成(株)製、U−100)0.05質量部と、脂肪族第四級アンモニウムサルフェート(花王(株)製、KS−48)2質量部と、過塩素酸ナトリウム(昭和化学工業(株)製、MP−100)0.3質量部とを配合したポリオール成分を混合し、メカニカルフロス法で発泡させて、金属軸(φ8mm)がセットされた金型注入した。その後、この混合物を120℃30分にて加熱硬化させて、金属軸の外周に厚み6mmの弾性層を形成した。

0043

<実施例2>
使用した導電性カーボンブラック(旭カーボン(株)製、SB805、DBP吸油量=58ml/100g、N2SA=198m2/g)を16質量部に変更した以外は実施例1と同様にして、弾性層を形成した。

0044

<実施例3>
使用した導電性カーボンブラック(旭カーボン(株)製、SB805、DBP吸油量=58ml/100g、N2SA=198m2/g)を8質量部に変更した以外は実施例1と同様にして、弾性層を形成した。

0045

<実施例4>
使用した導電性カーボンブラック(旭カーボン(株)製、SB805、DBP吸油量=58ml/100g、N2SA=198m2/g)を4質量部に変更した以外は実施例1と同様にして、弾性層を形成した。

0046

<実施例5>
使用した導電性カーボンブラック(旭カーボン(株)製、SB805、DBP吸油量=58ml/100g、N2SA=198m2/g)を1質量部に変更した以外は実施例1と同様にして、弾性層を形成した。

0047

<実施例6>
導電性カーボンブラック(旭カーボン(株)製、SB805、DBP吸油量=58ml/100g、N2SA=198m2/g)8質量部の代わりに、導電性カーボンブラック(旭カーボン(株)製、SB605、DBP吸油量=77ml/100g、N2SA=85m2/g)8質量部を使用した以外は実施例1と同様にして弾性層を形成した。

0048

<実施例7>
導電性カーボンブラック(旭カーボン(株)製、SB805、DBP吸油量=58ml/100g、N2SA=198m2/g)8質量部の代わりに、導電性カーボンブラック(旭カーボン(株)製、SB285、DBP吸油量=111ml/100g、N2SA=77m2/g)8質量部を使用した以外は実施例1と同様にして弾性層を形成した。

0049

<実施例8>
導電性カーボンブラック(旭カーボン(株)製、SB805、DBP吸油量=58ml/100g、N2SA=198m2/g)8質量部の代わりに、導電性カーボンブラック(旭カーボン(株)製、アササーマルFT、DBP吸油量=28ml/100g、N2SA=24m2/g)8質量部を使用した以外は実施例1と同様にして弾性層を形成した。

0050

<実施例9>
脂肪族第四級アンモニウムサルフェート(花王(株)製、KS−48)を4質量部に変更するとともに、リチウム塩(三光化学工業(株)製、サンコノール)2質量部をポリオール成分に添加した以外は実施例3と同様にして弾性層を形成した。

0051

<実施例10>
過塩素酸ナトリウム(昭和化学工業(株)製、MP−100)を使用しない以外は、実施例3と同様にして弾性層を形成した。

0052

<実施例11>
脂肪族第四級アンモニウムサルフェート(花王(株)製、KS−48)2質量部の代わりに、過塩素酸ナトリウム(昭和化学工業(株)製、MP−100)2質量部を使用した以外は、実施例10と同様にして弾性層を形成した。

0053

<実施例12>
脂肪族第四級アンモニウムサルフェート(花王(株)製、KS−48)2質量部の代わりに、リチウム塩(三光化学工業(株)製、サンコノール)2質量部を使用した以外は、実施例10と同様にして弾性層を形成した。

0054

<比較例1>
イオン導電剤である脂肪族第四級アンモニウムサルフェート(花王(株)製、KS−48)、及び過塩素酸ナトリウム(昭和化学工業(株)製、MP−100)を使用しない以外は、実施例3と同様にして弾性層を形成した。

0055

<比較例2>
イオン導電剤である脂肪族第四級アンモニウムサルフェート(花王(株)製、KS−48)の使用量を6質量部、過塩素酸ナトリウム(昭和化学工業(株)製、MP−100)の使用量を2質量部に変更し、更に、リチウム塩(三光化学工業(株)製、サンコノール)を4質量部使用した以外は、実施例3と同様にして弾性層を形成した。

0056

<比較例3>
導電性カーボンブラック(旭カーボン(株)製、SB805、DBP吸油量=58ml/100g、N2SA=198m2/g)8質量部の代わりに、導電性カーボンブラック(電気化学工業(株)製、デンカブラック、DBP吸油量=125ml/100g、N2SA=61m2/g)8質量部を使用した以外は実施例3と同様にして弾性層を形成した。

0057

<比較例4>
導電性カーボンブラック(旭カーボン(株)製、SB805、DBP吸油量=58ml/100g、N2SA=198m2/g)8質量部の代わりに、導電性カーボンブラック(旭カーボン(株)製、SB305、DBP吸油量=136ml/100g、N2SA=147m2/g)8質量部を使用した以外は実施例3と同様にして弾性層を形成した。

0058

[表層の作製]
ポリテトラメチレングリコールエーテルポリオール(保土谷化学工業(株)製、PTG1000SN:OH価112mgKOH/g)100質量部に対し、カーボンブラック(三菱化学(株)製カーボンブラック、MA600)5質量部を、メチルエチルケトン(MEK)350質量部に分散させ、次にイソシアネート硬化剤(東ソー(株)製、コロネートHx:NCO%=21%)40質量部を添加し、撹拌モーターで30分間撹拌し、表層用塗料を調製した。
実施例1〜12、及び比較例1〜4で得られた、弾性層付きのシャフトに対して、上記表層用塗料をディッピング法により塗装し、105℃、120分の条件で乾燥させることで、厚さ20μmの表層を形成し、導電性ローラとした。

0059

[評価]
実施例及び比較例で得られた弾性層又は導電性ローラに対して、以下の評価を行った。
<弾性層の体積抵抗値>
弾性層の体積抵抗値は、以下の方法により測定した。
すなわち、ローラ金属板上に載置し、ローラ両端に荷重500gを負荷し、シャフト12と金属板との間に100Vを印加して、5秒後の抵抗を抵抗測定機(ADVANTEST社製、R8340)により測定した。
結果を以下の表に示す。

0060

<ドット再現性>
得られた導電性ローラを、現像ローラとしてカートリッジに組み込み、25℃、50%RH環境下において、レックスマークモノクロMS812dnにて、初期時の画像を形成した。微小ドット印字部を拡大、観察し目視にて下記基準にて判断した。結果を以下の表に示す。
◎:ドット再現性が非常によい
〇:ドット再現性よい
△:ドット再現性悪い
×:ドット再現性が非常に悪い

0061

0062

実施例

0063

表1及び表2の結果から、弾性層が本発明の要件を満たす実施例1〜12では、所望の体積抵抗値が得られ、更に、画像形成装置に適用した際に、ドット再現性に優れる導電性ローラが得られた。
一方、イオン導電剤を含有しない比較例1、及びイオン導電剤の含有量がポリイソシアネート100質量部に対して10質量部を超える比較例2では、ドット再現性が悪かった。更に、DBP吸油量が120ml/100gを超えるカーボンブラックを含有する比較例3及び4では、弾性層の体積抵抗値が所望の範囲にならず、ドット再現性も最も悪かった。

0064

本発明によれば、画像形成装置に適用した際に、画像不良が発生しにくく、高画質な画像が得られる導電性ローラを提供することができ、特に、現像ローラとしての適用が期待される。

0065

1感光体
2現像ローラ
3現像剤供給ローラ
4層規制ブレード
5転写ローラ
6クリーニングローラ
7帯電ローラ
8記録媒体
10:導電性ローラ
12:シャフト
13:弾性層
14:表層

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