CN110741321A

CN110741321A - 显影辊

Info

Publication number: CN110741321A
Application number: CN201880038437.0A
Authority: CN
Inventors: 池田笃; 金田纮明; 近藤智裕; 犬饲刚贵
Original assignee: Xin Zhide Co Ltd; Nok Corp
Current assignee: Xin Zhide Co Ltd; Nok Corp; Synztec Co Ltd
Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2018-06-12
Publication date: 2020-01-31
Anticipated expiration: 2038-06-12
Also published as: WO2019003901A1; CN110741321B; US10732540B2; JP6629491B2; US20200125003A1; JPWO2019003901A1

Abstract

本发明提供一种显影辊，所述显影辊在金属轴芯的外周具有橡胶弹性体层，且在橡胶弹性体表面具有由粘结剂(A)及有机硅粒子(B)形成的被覆层，并且具有4～20nF的静电容量，其中，所述粘结剂(A)由使异氰酸酯化合物、其异氰脲酸酯改性体及反应性硅油反应得到的含末端羟基的预聚物(a)与异氰酸酯化合物和/或其异氰脲酸酯改性体(b)的稀释溶剂溶液形成。即使因为由显影装置内的周边部件产生的变形或齿轮的粘滑(振动)而导致的显影辊与感光体之间的间隙宽度发生变动，该显影辊也可抑制静电容量，由此抑制条带。

Description

显影辊

技术领域

本发明涉及一种显影辊。更详细地，涉及一种可抑制条带(banding)的显影辊。

背景技术

在非磁性单组分显影方式的显影装置中，显影辊与感光鼓、供给辊、调色剂限制片的各部件在显影装置运作时隔着调色剂层而摩擦。调色剂在显影辊和调色剂限制片因静电摩擦而带电，向形成于感光体表面的静电潜像转印，进行显影。

为了将调色剂稳定地供给至感光体的表面，显影辊以比感光体快的速度旋转，形成图像。此时，在与压接的接触部件之间发生变形，在去除变形时，发生粘滑(Stick-slip)(振动)。

因此，感光体与显影辊的间隙宽度(nip width)也发生变化，向静电潜像的调色剂供给量发生变化，另外，在由显影辊、感光体等齿轮产生的振动或旋转不均的影响下出现粘滑，调色剂从显影辊向感光体上的转印发生变化，在打印图像上出现一定周期的条带(横向条纹)。

针对发生的粘滑，通过由显影装置内的各部件的构成材料获得的振动缓和及驱动部件(齿轮)的改良，减少由粘滑导致的接触面积的变化，对条带进行改善。

关于显影辊，提出了如下所述的现有技术。

在专利文献1中提出了一种显影辊，该显影辊具有轴芯体和设置在其周围的至少一层树脂层，显影辊的最表面层含有(A)作为粘结树脂的聚氨酯树脂和(B)分散在聚氨酯树脂中的聚氨酯树脂颗粒，对于旋转时在与接触部件之间产生的变形，通过使由二层结构构成的第2层的损耗角正切为一定范围，使对变形的恢复趋缓来抑制旋转不均，由此形成稳定的图像。

在专利文献2中通过由丁基橡胶形成第2层也提出同样的显影辊。

在专利文献3中，在具有导电性轴体、设置在其外周面上的弹性层及表面层的显影辊中，弹性层具有球状二氧化硅颗粒，球状二氧化硅颗粒以在与显影辊的轴方向两端部的表面层的界面侧大量含有的方式不均匀地存在，通过如此使弹性层中的球状二氧化硅颗粒不均匀地存在，在球状二氧化硅颗粒间产生偏移，抑制粘滑的增加。另外，通过使显影辊的端部存在大量含有球状二氧化硅颗粒的区域，可抑制调色剂的劣化，并抑制条带的出现。

然而，作为产生条带的原因，除了与周边部件的旋转不均以外，还存在由因各部件的齿轮间的间隙、磨耗产生的粘滑所带来的影响，由此还有可能会产生条带。

本申请的申请人们还提出了：一种在显影辊的周围使被覆层成分固化而得到的显影辊被覆用橡胶部件，该被覆层成分包含：(A)含有多元醇、异氰酸酯化合物及反应性硅油的液状粘结剂；(B)特定的有机硅橡胶粒子；及(C)稀释溶剂，满足橡胶粒径相对于固化后的被覆层厚度的比(橡胶粒径/被覆层厚度)＜0.3(专利文献4)。

本申请的申请人们还提出了下述的显影辊用橡胶部件的制造方法，即：在具有橡胶基材层的显影辊的周围，涂布包含有机硅橡胶粒子与粘结剂的被覆层成分并使其固化，从而得到显影辊用橡胶部件，该制造方法中，将反应性硅油、异氰酸酯化合物及能溶解这两者的稀释溶剂放入反应容器中，在稀释溶剂中使其反应，在维持溶解于溶剂的状态下进行预聚合反应，接着在反应溶液中混合多元醇及异氰酸酯化合物溶液，进而配合有机硅橡胶粒子，从而制造包含有机硅橡胶粒子及粘结剂的被覆层成分的涂布液，将该涂布液涂布在显影辊的周围并使其固化(专利文献5)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-103581号公报

专利文献2：日本专利第5623211号公报

专利文献3：日本特开2011-253153号公报

专利文献4：WO 2015/098310 A1

专利文献5：WO 2015/156330 A1

发明内容

发明要解决的课题

本发明的目的在于提供一种显影辊，即使因显影装置内的周边部件所导致的变形或齿轮的粘滑(振动)而产生的显影辊与感光体的间隙宽度发生变动，也可抑制静电容量，由此来抑制条带。

用于解决课题的手段

上述本发明的目的可通过下述的显影辊来实现，所述显影辊在金属轴芯的外周具有橡胶弹性体层，且在橡胶弹性体表面具有由粘结剂(A)及有机硅粒子(B)形成的被覆层，并且具有4～20nF的静电容量，其中，所述粘结剂(A)由使异氰酸酯化合物、其异氰脲酸酯改性体及反应性硅油反应而得到的含末端羟基的预聚物(a)与异氰酸酯化合物和/或其异氰脲酸酯改性体(b)的稀释溶剂溶液形成。

发明的效果

本发明的显影辊通过将其静电容量控制为4～20nF、优选4～10nF，能够控制显影辊表面的调色剂带电量。

而且，即使在电场强度较低的情况下，也能够维持所需的显影效率(调色剂转印量)，即使感光体与显影辊的接触面积发生变动、出现电场强度低的状态，也能够通过电作用使调色剂从显影辊向感光体流畅地转印。

另外，通过流畅地转印调色剂，能够抑制打印图像上出现一定周期的条带(横向条纹)。

进而，可改善通过条带强度最大值及调色剂用量消耗试验所判断的画质评价。

附图说明

图1是表示固体成分粘结剂成分中的异氰脲酸酯改性体的配合率(％)与静电容量(nF)的关系的曲线图。

具体实施方式

在金属轴芯的外周具有橡胶弹性层，在橡胶弹性层的表面设置有被覆层。此处，作为橡胶弹性层，通常可使用有机硅橡胶、聚氨酯系热塑性弹性体、EPDM、SBR、NBR、氢化NBR、氯丁橡胶、表氯醇橡胶等，优选使用导电性有机硅橡胶。

被覆层由(A)粘结剂及(B)有机硅橡胶粒子形成。粘结剂可通过如下方法来得到：使异氰酸酯化合物、其异氰脲酸酯改性体及反应性硅油在能溶解上述各成分的稀释溶剂中以末端含有羟基的形式进行预聚合反应，并在其中添加异氰酸酯化合物和/或其异氰脲酸酯改性体的稀释溶剂溶液。此处，对于预聚物的末端基团而言，考虑到异氰酸酯基容易与空气中的水分反应而使结构发生变化，因此，以羟基的形式可抑制时效性变化以维持保存稳定性。

作为异氰酸酯化合物，可举出以六亚甲基二异氰酸酯为代表的脂肪族二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯等芳香族二异氰酸酯，优选使用脂肪族二异氰酸酯。

对于作为脂肪族二异氰酸酯的六亚甲基二异氰酸酯，可以是加合物型，也可以是例如通式R¹(OCONHRNCO)₃表示的异氰酸酯化合物。上述加合物型六亚甲基二异氰酸酯可以直接使用市售品，例如：旭化成产品Duranate E402-80B(固体成分浓度：80％、NCO：7.3重量％、粘度：350mPa·s/25℃、溶剂：乙酸正丁酯)、旭化成产品Duranate E405-70B(固体成分浓度：70％、NCO：6.2重量％、粘度：120mPa·s/25℃)等。

对于异氰酸酯化合物的异氰脲酸酯改性体，市售有例如旭化成产品DuranateTPA-100(固体成分浓度：100％、NCO：23.1重量％、粘度：1400mPa·s/25℃)，具有如下结构。

此外，还可举出TOSOH产品CORONATE HXLV(固体成分浓度：100％、NCO：22.5～23.9重量％、粘度：800～1500mPa·s/25℃)、DIC产品BURNOCK DN-981(固体成分浓度：75％、NCO：13.0～14.0重量％、粘度：加德纳(25℃)A～D、溶剂：乙酸乙酯)等。

这些异氰脲酸酯改性体以如下比例进行使用：在作为(a)成分与(b)成分的总量的固体成分粘结剂成分中占约1～20重量％、优选约1.5～10重量％。如果异氰脲酸酯改性体的比例比其低，则作为画质评价的一个基准的条带评价较差，另一方面，如果以超过其的比例使用，则不满足作为画质评价的一个基准的调色剂用量消耗试验。即，由于静电容量下降、调色剂转印量增大，因此调色剂的消耗率变高。在前述专利文献5的各实施例中，单独使用了异氰酸酯化合物。

作为反应性硅油，可使用具有能与异氰酸酯化合物及其异氰脲酸酯改性体反应的活性氢的反应性硅油。具有活性氢的反应性硅油为1官能性或2官能性以上，可举出例如经氨基改性、巯基改性、羧基改性、苯酚改性或醇性羟基改性而得到的二甲基聚硅氧烷、甲基氢聚硅氧烷等。特别优选的反应性硅油是其末端基团具有-C₃H₆OC₂H₄OH的反应性硅油，可举出例如信越化学产品Silicone Oil X-22-160AS(粘度：35mPa·s、反应基团当量：470g/摩尔)等。

也可以与反应性硅油一起并用多元醇。作为多元醇，可以使用例如含氟多元醇。含氟多元醇不仅与异氰酸酯化合物反应而生成具有更大的摩擦带电序列(triboelectrification series)的被覆层，而且可降低所生成的被覆层的阻抗值环境依赖性。而且，含氟多元醇的含氟率越高，摩擦带电序列变得越负。

作为上述含氟多元醇，可举出三氟乙烯、四氟乙烯的共聚物多元醇等，实际上可直接使用市售品，例如：Daikin Industries产品ZEFFLE、Asahi Glass产品Lumiflon、DIC产品Defencer等。其并用比例相对于反应性硅油100重量份为约1～50重量份、优选为15～30重量份。

对于具有末端羟基的预聚合反应而言，例如，在具有活性氢的基团为OH时，以NCO/OH的当量比为0.2～0.5的比例来使用，使异氰酸酯化合物、其异氰脲酸酯改性体及反应性硅油在能溶解这些各成分的稀释溶剂中反应，此时在各成分溶解于溶剂中的状态下进行反应。通过在上述状态下进行预聚合反应，即使在溶剂挥发了的状态下，反应性硅油也不会分离，能够形成均匀的被膜。

作为稀释溶剂，可使用能溶解异氰酸酯化合物、其异氰脲酸酯改性体及反应性硅油各成分的稀释溶剂。作为上述稀释溶剂，可优选使用乙酸正丁酯、乙酸乙酯等乙酸酯类，此外，也可适当使用甲基乙基酮、甲基异丁基酮、丙酮、四氢呋喃、环己酮等酮类、甲苯、二甲苯、庚烷等芳香族或脂肪族烃类。

对于所形成的含末端羟基的预聚物(a)，优选与用于形成预聚物的物质相同的异氰酸酯化合物及其异氰脲酸酯改性体的至少一种(b)一同在稀释溶剂中形成粘结剂(A)。此处，使用(b)成分的原因在于，即使在涂布涂敷液后溶剂挥发也不会发生分离，能够形成均匀的涂敷被膜。

作为有机硅橡胶粒子(B)，优选为二甲基聚硅氧烷、甲基氢聚硅氧烷等有机聚硅氧烷，通常可使用具有约0.2～10μm、优选约1～5μm的粒径的有机硅橡胶粒子。实际上可直接使用市售品，例如：东丽道康宁(Dow Corning Toray)产品EP系列中具有规定粒径的有机硅橡胶粒子。

在涂布液中以约3～30重量％、优选约5～20重量％的比例来使用有机硅橡胶粒子。

对于包含含有末端羟基的预聚物(A)及有机硅橡胶粒子(B)、且作为被覆层形成成分的固体成分浓度为10～50重量％、优选为25～40重量％的涂布液，使用珠磨机、超声波、均质机、超声波均质机、高压均质机、溶解机、分散机、高速叶轮等使其分散在稀释溶剂中。优选借助底漆、通过浸渍法、喷涂法、辊涂法、刮刀法、流涂法等公知的任意方法向橡胶层涂敷涂布液，在室温～150℃下进行干燥约5～60分钟，使橡胶层上形成膜厚约5μm以上、优选约5～10μm的涂膜。

使金属芯轴的外周所具有的橡胶弹性体表面形成有上述被覆层的显影辊具有4～20nF、优选4～10nF的静电容量。

在显影辊的静电容量大于20nF的情况下，显影辊-调色剂间的镜像力增大，调色剂的转印性降低，打印浓度降低及出现条带。

另一方面，在静电容量小于4nF的情况下，显影辊-调色剂间的镜像力减小，调色剂的转印性增大，能够抑制条带的产生，但会出现打印浓度增大、调色剂消耗用量劣化等其它不良情况。

因此，希望在与调色剂接触的被覆层调节静电容量。对于控制被覆层的静电容量，可以通过如下方式实现，即，选择用于形成被覆层的涂布液中的粘结剂成分、更具体而言是选择用于形成预聚物的相对于异氰酸酯化合物的其异氰脲酸酯改性体的配合比例(参照图1的曲线图)。

对于用于本发明的显影辊的被覆层，除了如上调节静电容量以外，通过使用反应性硅油作为预聚物的多元醇成分，可降低表面张力，并提高辊与调色剂成分的脱模性，抑制成膜。另外，通过使用有机硅橡胶粒子，可实现非粘着性的提高，另外使被覆层形成凸部，可实现由点接触导致的调色剂劣化的减少。

进而，由于反应性硅油与异氰酸酯化合物或其异氰脲酸酯改性体的相容性低，因此，容易形成海岛结构且表面粗糙度不稳定，但由于进行预聚合反应而形成表面粗糙度均匀(可控制凹凸)的膜，因此，能够控制调色剂输送性。

本发明的显影辊可有效地用作复印机、传真机、激光打印机等显影装置所使用的图像形成装置用显影辊。

实施例

下面，就实施例来说明本发明。

实施例1～5

将反应性硅油、异氰酸酯化合物、其异氰脲酸酯改性体及能溶解这些各成分的稀释溶剂装入反应容器中，在该稀释溶剂中使这些各成分反应来进行预聚合反应，接着在预聚合反应溶液(固体成分浓度50％)中配合异氰酸酯化合物、其异氰脲酸酯改性体及有机硅橡胶粒子，制造作为被覆层形成成分(溶液中的固体成分浓度为34％)的涂布液，所述被覆层形成成分包含以稀释溶剂溶液形式制备的粘结剂与有机硅橡胶粒子。

在外径为10mm的铁制金属轴芯上，被覆体积阻抗为10^-6Ω·cm、硬度(JIS A)为40的导电性有机硅橡胶，用圆筒状研磨盘进行研磨而将JIS 94 10点平均粗糙度调节至2μmRz，制造出外径16mm的橡胶被覆辊。

在该橡胶被覆辊的表面喷射涂布底漆(信越化学工业产品KBP-40)后，用珠磨机对上述涂布液进行高速搅拌而使其分散，进而用搅拌器搅拌1小时后进行喷射涂布，在160℃下进行加热处理40分钟。

·评价方法

静电容量测定：

使用测定仪HIOKI制IM3533-01，在测定环境为温度24.6℃、湿度49％RH的条件下，在形成被覆层的显影辊表面用导电糊剂制造电极，用LCR测试仪测定导电糊剂与金属芯之间的静电容量。测定频率为10Hz，其相当于显影辊的调色剂传递周期。

条带评价方法：

将涂布了各规格的涂布液的橡胶被覆辊装入单色激光打印机(BROTHER制HL-2240D)的成像鼓(Cartridge)(BROTHER制TN-27J)，在高温高湿环境下(30℃、80％RH)进行走纸耐久性检测(sheet passing durability)，每1000张纸打印半色调图像，用扫描仪(Seiko Epson制X830)以单色300dpi捕获图像。对该扫描图像的亮度进行快速傅里叶变换，计算将评价长度设为1Hz的频率与其光谱强度。需要说明的是，打印部任意范围约为173.4mm²。

将目标频率(91Hz)的光谱强度为2.0以下的评价为合格。

另外，在条带评价中，将条带强度最大值为2.00以下的评价为○、将条带强度最大值为2.01～2.20的评价为△、将条带强度最大值为2.21以上的评价为×。

调色剂用量消耗试验：

将涂布有各规格的涂布液的橡胶被覆辊装入单色激光打印机(BROTHER制HL-2240D)的成像鼓(BROTHER制TN-27J)，在常温常湿环境下(23℃、50％RH)，依照ISO/IEC19752来实施3K耐久试验后的试验。

在用量消耗评价中，将印刷时没有产生模糊不清的评价为○、将产生了模糊不清的评价为×。

预聚物成分：

(1)Duranate E402-80B

旭化成产品氨基甲酸酯改性六亚甲基二异氰酸酯

(固体成分浓度80％)

以R¹(OCONHRNCO)₃表示的加合物型

NCO：7.3重量％

粘度：350mPa·s/25℃

溶剂：乙酸正丁酯

(2)Duranate TPA-100

旭化成产品氨基甲酸酯改性六亚甲基异氰脲酸酯

(固体成分浓度100％)

以下述结构式表示的异氰脲酸酯

NCO：23.1重量％

粘度：1400mPa·s/25℃

(3)CORONATE HXLV

TOSOH产品氨基甲酸酯改性六亚甲基异氰脲酸酯

(固体成分浓度100％)

涂布用聚异氰酸酯

NCO：22.5～23.9重量％

粘度：800～1500mPa·s/25℃

(4)BURNOCK DN-981

DIC产品氨基甲酸酯改性六亚甲基异氰脲酸酯

(固体成分浓度75％)

NCO：13.0～14.0重量％

粘度：加德纳(25℃)A～D

溶剂：乙酸乙酯

反应性硅油成分：

信越化学产品硅油X-22-160AS

反应基团：-C₃H₆OC₂H₄OH

粘度：35mPa·s

反应基团当量：470g/摩尔

配合成分：

(1)与预聚物成分(1)相同

(2)与预聚物成分(2)相同

(3)与预聚物成分(3)相同

(4)与预聚物成分(4)相同

(5)ZEFFLE

DAIKIN产品GK-510含氟多元醇

(固体成分浓度50％)

四氟乙烯共聚物多元醇

溶剂：乙酸正丁酯

有机硅橡胶粒子

(6)Dow Corning Toray产品EP-2720粉状

(7)Dow Corning Toray产品EP-2601粉状

预聚物、配合成分、粘结剂成分组成及画质评价的结果示于表1中。需要说明的是，各成分的数字为重量份，其合计为100.0重量份。

表1

比较例1～3

在实施例1中，仅使用预聚物成分(1)、(2)中的一方。得到的结果示于下面的表2中。

表2

需要说明的是，上述各实施例及比较例中的粘结剂成分中的各成分(重量％)示于下面的表3中。

表3

由此可知，为了使静电容量为4～20nF、优选为4～10nF，作为(a)成分与(b)成分的总量的固体成分粘结剂成分中的异氰脲酸酯改性体的比例优选必须为1.5～10重量％。

Claims

1.一种显影辊，其特征在于，在金属轴芯的外周具有橡胶弹性体层，且在橡胶弹性体表面具有由粘结剂(A)及有机硅橡胶粒子(B)形成的被覆层，并且具有4～20nF的静电容量，

所述粘结剂(A)由使异氰酸酯化合物、其异氰脲酸酯改性体及反应性硅油反应而得到的含有末端羟基的预聚物(a)和异氰酸酯化合物和/或其异氰脲酸酯改性体(b)的稀释溶剂溶液形成。

2.根据权利要求1所述的显影辊，其具有4～10nF的静电容量。

3.根据权利要求1所述的显影辊，其中，在为(a)成分与(b)成分的固体成分总量的粘结剂成分中以1～20重量％的比例使用异氰脲酸酯改性体。

4.根据权利要求3所述的显影辊，其中，在固体成分粘结剂成分中以1.5～10重量％的比例使用异氰脲酸酯改性体。

5.根据权利要求1所述的显影辊，其中，使用粒径0.2～10μm的有机硅橡胶粒子。

6.一种显影辊用涂布液，其特征在于，包含粘结剂(A)及有机硅橡胶粒子(B)，所述粘结剂(A)由异氰酸酯化合物、其异氰脲酸酯改性体及反应性硅油的含有末端羟基的预聚物(a)与异氰酸酯化合物和/或其异氰脲酸酯改性体(b)的稀释溶剂溶液形成。

7.根据权利要求6所述的涂布液，其中，使用在涂布液中为3～30重量％的有机硅橡胶粒子。

8.根据权利要求6所述的涂布液，其中，在作为(a)成分与(b)成分的固体成分总量的粘结剂成分中以1～20重量％的比例使用异氰脲酸酯改性体。

9.根据权利要求1所述的显影辊，其中，包含以稀释溶剂溶液的形式制备的粘结剂与有机硅橡胶粒子的被覆层形成成分的溶液中固体成分浓度为10～50重量％。

10.一种显影辊用涂布液的制造方法，其特征在于，具有末端羟基的预聚合反应是使异氰酸酯化合物、其异氰脲酸酯改性体及反应性硅油在能溶解这些各成分的稀释溶剂中反应，此时在各成分溶解于溶剂的状态下进行反应，接着添加有机硅橡胶粒子。

11.根据权利要求10所述的显影辊用涂布液的制造方法，其中，稀释溶剂为乙酸酯、酮、芳香族烃或脂肪族烃。

12.根据权利要求11所述的显影辊用涂布液的制造方法，其中，与稀释溶剂一起使用与用于形成预聚物的物质相同的异氰酸酯化合物及其异氰脲酸酯改性体中的至少一种。