JP2010128080A - 弾性現像ローラ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】現像ローラ表面層にコア・シェル構造の弾性樹脂粒子を分散する。
【選択図】 図2
Description
該表面層は、コア・シェル構造を有する弾性樹脂粒子と、該弾性樹脂粒子を分散している結着樹脂とを含み、かつ、
下記a)よりe)の条件を満たしていることを特徴とする現像ローラ:
a)該弾性樹脂粒子のコア部がシリコーン樹脂からなり、シェル部がポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1つの樹脂であること、
b)該弾性樹脂微粒子の10%圧縮硬度Eが3MPa以上10MPa以下であること、
c)該弾性樹脂粒子の体積平均粒子径Aが1.0μm以上15.0μm以下であり、該表面層の断面における該弾性樹脂粒子の平均粒子間距離Bμmが、0.1A以上2.0A以下であり、かつ平均粒子間距離Bの変動係数Cが150%以下であること、
d)該表面層の膜厚をDμmとしたときA/Dが0.30以上3.0以下であること、
e)該弾性樹脂粒子の弾性復元率が90%以上であること。
弾性復元率の値が大きいほど、圧縮永久歪みが小さい。コア・シェル粒子202のコア部301にシリコーン樹脂弾性体を用いることにより、弾性復元率が90%以上のコア・シェル粒子202を得ることが可能である。
本発明に適用しうるコア・シェル粒子202は10%圧縮硬度が3MPa以上10MPa以下であることが好ましい。10%圧縮硬度Eを上記数値範囲内とすることで、現像ブレード415の圧接により現像ローラ表面101の凹凸204がつぶされることを抑制できる。その結果、現像ブレード415との間に適切な隙間を確保でき、現像ローラ表面101表面に適正な厚さの現像剤付着層を形成できる。また、 繰り返しの電子写真プロセスにおいて現像剤405を劣化させることを抑制することができる。すなわち、凹凸204は現像ローラ101表面に適正な厚さの現像剤付着層を形成すると同時に現像ブレード415との隙間において現像剤405を挟み込んでいる。現像剤は繰返し挟込まれることにより、現像剤表面の外添剤剥離、現像剤母体の変形が進行する場合がある。外添剤が剥離、現像剤母体の変形が生じた現像剤405を電子写真プロセスで用いると、現像剤の流動性低下による濃度ムラが発生する場合がある。また現像剤405の帯電特性が不均一となることによる現像カブリ(例えば反転現像方式の電子写真プロセスにおいて非露光部が現像させてしまう現象)が発生する場合がある。
1)拡大した画像をディスプレイ上に表示し、その画像上の2点間の距離を測定可能な装置、例えばデジタルマイクロスコープ(VHX−600、株式会社キーエンス製)を用意する。
2)現像ローラ101表面層の断面を観察し、あるコア・シェル粒子202と最も近いコア・シェル粒子との粒子間距離を測定する。例えば図2においてコア・シェル粒子205に注目すれば最も近いコア・シェル粒子206との距離210を測定する。
3)同様にあるコア・シェル粒子と最も近いコア・シェル粒子との粒子間距離を50個測定する。例えば図2においてはコア・シェル粒子207に注目すれば最も近いコア・シェル粒子206との距離211、コア・シェル粒子208に注目すれば最も近いコア・シェル粒子209との距離212を測定する。
4)50個の粒子間距離bi(μm)(iは1から50の整数)の相加平均値を平均粒子間距離B(μm)とした。さらにbi(μm)を下記式4に代入し、変動係数C(%)を求めた。
変動係数Cが150%より大きい場合は、表面層104中でコア・シェル粒子202が凝集していて表面粗さ均一性が不足し、濃度ムラが発生する場合がある。ゆえに、変動係数Cは150%以下であることが好ましい。
測定モード:プログラムモード5
(チャージ及びメジャー30秒、ディスチャージ10秒)
印加電圧:100(V)
試料箱:超高抵抗計測定用試料箱TR42(アドバンテスト社製)、主電極は口径10mm厚さ10mmの金属、ガードリング電極は内径20mm、外径26mm厚さ10mmの金属とする。
試験片:はじめに、該樹脂層2の材料を、樹脂層2の成形時と同じ条件で、樹脂層2と同じ厚さに硬化させた平板状のテストピースを作製する。次に、該テストピースから直径30mmの試験片を切り出す。切り出した試験片の片面には、その全面にPt−Pd蒸着を行うことで蒸着膜電極(裏面電極)を設け、もう一方の面には同じくPt−Pd蒸着膜により、直径15mmの主電極膜と、内径18mm、外径28mmのガードリング電極膜を同心状に設ける。なお、Pt−Pd蒸着膜は、マイルドスパッタE1030(日立製作所製)を用い、電流値15mAにて蒸着操作を2分間行って得る。蒸着操作を終了したものを測定サンプルとする。
<本発明に係わる現像ローラ軸芯体>
現像ローラの軸芯体102は導電性であることが必要であり、炭素鋼、合金鋼及び鋳鉄、導電性樹脂などより選択して用いることができるが、強度の観点から金属製が好ましい。合金鋼の例としては、テンレス鋼、ニッケルクロム鋼、ニッケルクロムモリブテン鋼、クロム鋼、クロムモリブテン鋼、Al、Cr、Mo及びVを添加した窒化用鋼が挙げられる。軸芯体材料が金属製材料の場合は防錆対策としてめっき、酸化処理を施すことが好ましい。
本発明の現像ローラを用いた電子写真プロセスに適する現像剤としては、特にスチレン−アクリル樹脂を結着樹脂とする現像乾式現像剤が好ましい。スチレン−アクリル樹脂の例としては次のものが挙げられる。
次に、本発明に適用しうる現像ローラを搭載する電子写真プロセスカートリッジおよび画像形成装置について、その概要を図5で説明する。
<樹脂粒子の物性測定>
(ガラス転移点測定方法)
示走査熱量計DSC8230L(リガク株式会社製)を用い、測定方法はJIS−K7121より測定した。
軸芯体102としては直径6mm、長さ270mmのSUS304製芯金表面に接着層として2液タイプのプライマー(ダウコ−ニング DY39−051:東レダウコ−ニング社製)を塗布、焼き付けしたものを用いた。
(第一の液状シリコーン)
・オルガノポリシロキサン ・・・ 100重量部
(ジメチルポリシロキサン両末端をビニル基で置換した粘度100Pa・sのジメチルポリシロキサン)
・石英粉末 ・・・・・・・・・・・ 7重量部
(ペンシルバニアガラスサンド社製 Min-USil)
・カーボンブラック ・・・・・・・・・・・ 8重量部
(電気化学工業株式会社製、デンカブラック 粉状グレード)
・白金化合物(硬化触媒として) ・・・・・・ 微量配合
(第二の液状シリコーン)
・オルガノハイドロジェンポリシロキサン 3重量部
(前記ビニル基で置換したジメチルポリシロキサンに含有するビニル基1モルに対して、SiH基が1.1モルとなる量)
続いて、加熱金型に注入された液状シリコーンを130℃にて5分間加熱処理を施して、硬化させた。冷却後、脱型後、さらに、180℃、3時間加熱処理を施すことで、厚さ2.990mmのシリコーン樹脂を主成分とする樹脂層103を軸芯体102の外周面上に設けた。
・ポリテトラメチレングリコール 100質量部
(商品名:PTG1000SN;保土谷化学株式会社製)
・イソシアネート 21.2質量部
(商品名:ミリオネートMT;日本ポリウレタン工業株式会社製)
分子量Mw=48000、水酸基価5.6、分子量分散度Mw/Mn=2.9、Mz/Mw=2.5の2官能のポリウレタンポリオールプレポリマーを得た。水酸基価はISO 15063の方法で測定した。
高分子中に分子量Miの分子がNi個存在するとき、以下の式6で表す。
(表面層膜厚測定)
現像ローラ表面層断面をデジタルマイクロスコープ(VHX−600、株式会社キーエンス製)で観察し表面層膜厚を3箇所測定し算術平均値を採用した。なお、測定は室温23℃相対湿度60%の環境でおこなった。
表面粗さ計は(株式会社小坂研究所製、SE3500)を使用し、前述の方法により表面粗さRaを測定した。
(初期画像濃度/初期画像濃度均一性評価)
画像形成装置としては、Hewlett−Packard社製 Color Laser Jet4700dn、カートリッジは専用のものを用いた。本発明の現像ローラを未使用のカートリッジに組み込み、温度23℃、湿度60%環境に設置した画像形成装置本体に搭載した。シアン現像剤でベタ画像を連続で5枚出力し5枚目で画像濃度均一性評価を行なった。画像域中心部に通紙方向30mm×通紙方向に対して直角方向に9.4mmの長方形の領域を設定し、反射濃度を等間隔に3点ずつ、3列、9点測定した。反射濃度計はRD−918 反射濃度計(クレタクマクベス社製)を使用した。計9点の反射濃度の最大と最小を画像濃度均一性とした。最大と最小の差分が小さいほど画像濃度均一性が良好である。
画像濃度均一性について、以下の基準で評価した。
「A」:最大と最小の差分が0.10以下。
「B」:0.10より大きく、0.15以下。
「C」:0.15より大きく、0.20以下。
「D」:0.20より大。
「A」:前記ベタ画像の平均濃度が1.3以上。
「B」:1.3より小さく、1.1以上。
「C」:1.1より小さく0.9以上。
「D」:0.9より小。
前記ベタ画像を連続で5枚出力したのち、ベタ白画像を1枚出力し、1枚目でかぶりの程度(画像カブリ値)を以下の方法で測定し、現像ローラの表面汚れの指標とした。かぶり値は、反射濃度計TC−6DS/A(東京電色技術センター社製)を用いて、画像形成装置による画像形成前の転写材である転写紙の反射濃度と、ベタ白画像の画像形成を行った後の転写紙の反射濃度を測定し、その差分を現像ローラの画像かぶり値とした。反射濃度の測定は、転写紙の画像印刷領域の全域をスキャンして反射濃度を測定し、最小値をその転写紙の反射濃度とした。
画像かぶり値は小さいほど良好であり、以下の基準で評価した。
「A」:1.0より小。
「B」:1.0以上、3.0より小。
「C」:3.0以上、5.0より小。
「D」:5.0以上。
画像形成装置としては、Hewlett−Packard社製 Color Laser Jet4700dn、カートリッジは専用のものを用いた。本発明の現像ローラを未使用のカートリッジに組み込み、温度40℃、湿度90%の環境に28日間放置した。このとき現像ローラは感光体ドラムおよび現像ブレードに当接していた。
画像スジについて、以下の基準で評価した。
「A」:べた画像、ハーフトーン画像でも目視でまったく確認できない。
「B」:べた画像のみでわずかに画像スジが確認される。
「C」:べた画像でも、ハーフトーン画像でもわずかに画像スジが確認される。
「D」:べた画像でも、ハーフトーン画像でもはっきりと見える画像スジが確認される。
画像形成装置としては、Hewlett−Packard社製 Color Laser Jet4700dn、カートリッジは専用のものを用いた。本発明の現像ローラ101を未使用のカートリッジに組み込み、温度23℃、湿度60%環境に設置した画像形成装置本体に搭載した。印字率が1%の画像を15000枚続けて出力した。
画像かぶり値は小さいほど良好であり、以下の基準で評価した。
「A」:1.0より小。
[B]:1.0以上、3.0より小。
「C」:3.0以上、5.0より小。
「D」:5.0以上。
実施例1−1の現像ローラ表面に分散する樹脂粒子の量を表1−1に示すようにかえた以外実施例1−1と同じ条件で現像ローラを作製した。作製された現像ローラの物性は表1に示す通りであった。実施例1と同様に評価を実施し、その評価結果を表1−1に示す。
実施例1−1の現像ローラ表面に分散する樹脂粒子をコア・シェル粒子(複合シリコンパウダKMP−600;体積平均粒子径5μm;信越化学工業株式会社製)にかえ、添加量を表1−1に示すようにした以外実施例1−1と同じ条件で現像ローラを作製した。現像ローラの物性は表1に示す通りであった。実施例1−1と同様に評価を実施し、その評価結果を表1−1に示す。複合シリコンパウダKMP−600は複合シリコンパウダKMP−601同様の構造で体積平均粒子径に差がある。
実施例1−1の現像ローラ表面に分散する樹脂粒子をコア・シェル粒子(複合シリコンパウダX−52−7030;体積平均粒子径1.0μm;信越化学工業株式会社製)にかえ、添加量を表1−2に示すようにした。それ以外は、実施例1−1と同じ条件で現像ローラを作製した。現像ローラの物性は表1に示す通りであった。実施例1−1と同様に評価を実施し、その評価結果を表1−2に示す。複合シリコンパウダX−52−7030は複合シリコンパウダKMP−601同様の構造で体積平均粒子径に差がある。
表面層に添加する樹脂粒子にコア・シェル構造を有しないシリコーン樹脂弾性体のみよりなる樹脂粒子(商品名:シリコーンゴムパウダーKMP-598、信越化学工業株式会社製)とした以外実施例1−1と同様の方法で現像ローラを作製した。樹脂粒子の物性、現像ローラ作製条件は表2‐1に示した。
表面層に添加する粒子をコアがアクリル樹脂よりなる樹脂粒子(商品名:メタブレン W−450A、三菱レーヨン株式会社製)とした以外実施例1−1同様の方法で現像ローラを作製した。樹脂粒子の物性、現像ローラを作製条件は表2‐1に示した。
表面層に添加する粒子をコアがアクリル樹脂よりなる樹脂粒子(商品名:メタブレン SX005、三菱レーヨン株式会社製)とした以外実施例1−1同様の方法で現像ローラを作製した。樹脂粒子の物性、現像ローラを作製条件は表2‐1に示した。
実施例1−1の現像ローラ表面に分散する樹脂粒子をコア・シェル粒子(複合シリコンパウダKMP-603;体積平均粒子径30μm;信越化学工業株式会社製)とした以外実施例1−1同様の方法で現像ローラを作製した。樹脂粒子の物性、現像ローラ作製条件は表2‐2に示した。
表面層に添加する粒子をコアがシリコーン樹脂よりなるコア・シェル粒子(商品名:ジェニオパール、旭化成株式会社製)とした以外実施例1−1同様の方法で現像ローラを作製した。樹脂粒子の物性、現像ローラを作製条件は表2‐2に示した。
[コア・シェル粒子1の作製]
20リットルのガラス容器に、下記の材料を入れ、10m/Sで攪拌しながら45℃に加温した。
・ドデシル硫酸ナトリウム:30g、
・粘度が40mPa・sのα、ω‐ジヒロドキシポリジメチルシロキサン:250g、
・メチルトリメトキシシラン:15g。
粘度が40mPa・sの代わりに粘度が5mPa・sのα、ω‐ジヒロドキシポリジメチルシロキサンを用いた以外比較例6と同様にコア・シェル粒子202を作製した。実施例1−1の現像ローラ表面層の樹脂粒子を上記で作製したコア・シェル粒子とし、添加条件は表2-3の様にした以外実施例1−1と同じ条件で現像ローラを作製した。現像ローラの物性は表2-3に示す通りであった。実施例1−1と同様に評価を実施し、その評価結果を表2-3に示す。
実施例1−1の現像ローラ表面層の膜厚を表2-4に示すようにかえた以外実施例1−1と同じ条件で現像ローラを作製した。作製された現像ローラの物性は表2-4に示す通りであった。実施例1−1と同様に評価を実施し、その評価結果を表2-4に示す。
実施例1−7の現像ローラ表面層の膜厚を表2-4に示すようにかえた以外実施例1−7と同じ条件で現像ローラを作製した。作製された現像ローラの物性は表2-4に示す通りであった。実施例1−1と同様に評価を実施し、その評価結果を表2-4に示す。
実施例1−1の現像ローラ表面に分散する樹脂粒子をアルビデュア PU5640、ナノレジンズ社製(コアがシリコーン樹脂、シェルがポリウレタン樹脂)とし、添加量を表3に示すようにした以外、実施例1と同じ条件で現像ローラを作製した。現像ローラの物性は表3に示す通りであった。実施例1と同様に評価を実施し、その評価結果を表3に示す。
実施例1−1の現像ローラ表面に分散する樹脂粒子をアルビデュア EP2240、ナノレジンズ社製(コアがシリコーン樹脂、シェルがエポキシ樹脂)とし、添加量を表3に示すようにした以外、実施例1と同じ条件で現像ローラを作製した。現像ローラの物性は表3に示す通りであった。実施例1と同様に評価を実施し、その評価結果を表3に示す。
[コア・シェル粒子2の作製]
20リットルのガラス容器に、水1000g、ドデシル硫酸ナトリウム30gを添加し、粘度が10mPa・sのα、ω‐ジヒロドキシポリジメチルシロキサン 250gとメチルトリメトキシシラン 15gを混合し、10m/Sで攪拌しながら45℃に加温した。ついで10%のテトラプロピオキシチタンのイソプロピルアルコール溶液10gを添加して20時間反応を行い、複合粒子の芯となる粒子を重合した。得られた懸濁液をφ0.5のジルコンアビーズを充填したビスコミル分散機を用いて、周速5m/sで40時間分散させた。ついで水を蒸発させシリコーン樹脂粒子を得た。
実施例1−1の現像ローラ表面層の樹脂粒子を上記で作製したコア・シェル粒子とし、添加条件は表4のようにした以外実施例1−1と同じ条件で現像ローラを作製した。現像ローラの物性は表4に示す通りであった。実施例1と同様に評価を実施し、その評価結果を表4に示す。
[コア・シェル粒子3の作製]
得られた前記懸濁液のビスコミル分散機条件を、周速15m/sで60時間分散に変えた以外コア・シェル粒子1と同様にコア・シェル粒子を作製した。
実施例1−2の現像ローラ表面層の樹脂粒子添加量を表5に示すようにした以外実施例1と同じ条件で現像ローラを作製した。現像ローラの物性は表5に示す通りであった。表面粗さRaが3.5μmとなった。実施例1と同様に評価を実施し、その評価結果を表5に示す。画像スジは良好であったが、現像カブリが見られた。原因は現像ローラの表面粗さが大きすぎ現像剤付着膜厚が多すぎることであった。
実施例1−6の現像ローラ表面層の樹脂粒子添加量を表4に示すようにした以外実施例1と同じ条件で現像ローラを作製した。現像ローラの物性は表4に示す通りであった。表面粗さRaが0.3μmであった。実施例1と同様に評価を実施し、その評価結果を表4に示す。画像スジは良好であったが、べた画像において画像全体に濃度が不足していた。原因は現像ローラの表面粗さが小さく現像剤付着膜厚が薄すぎることであった。
102 軸芯体
103 弾性層
104 表面層
201 表層結着樹脂
202 コア・シェル粒子
203 表面層表面
204 表層表面の凹凸
205−209 コア・シェル粒子
210−212 コア・シェル粒子間の距離
301 コア部
302 シェル部
401 感光体ドラム
402 帯電ローラ
403 露光
405 現像剤
406 給紙ローラ
407 記録材
408 転写ローラ
409 定着ローラ
410 加圧ローラ
411 クリーニング部
412 廃現像剤容器
413 現像剤供給ローラ
414 現像剤貯槽
415 現像ブレード
501 コア・シェル粒子の直径
502 25%圧縮の状態
503 平面圧子
Claims (9)
- 芯体と、その周囲に形成された樹脂層と、該樹脂層の周囲に形成された表面層とを有する現像ローラにおいて、
該表面層は、コア・シェル構造を有する弾性樹脂粒子と、該弾性樹脂粒子を分散している結着樹脂とを含み、かつ、
下記a)よりe)の条件を満たしていることを特徴とする現像ローラ:
a)該弾性樹脂粒子のコア部がシリコーン樹脂からなり、シェル部がポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1つの樹脂であること、
b)該弾性樹脂微粒子の10%圧縮硬度Eが3MPa以上10MPa以下であること、
c)該弾性樹脂粒子の体積平均粒子径Aが1.0μm以上15.0μm以下であり、該表面層の断面における該弾性樹脂粒子の平均粒子間距離Bμmが、0.1A以上2.0A以下であり、かつ平均粒子間距離Bの変動係数Cが150%以下であること、
d)該表面層の膜厚をDμmとしたときA/Dが0.30以上3.0以下であること、
e)該弾性樹脂粒子の弾性復元率が90%以上であること。 - 前記コア・シェル構造弾性樹脂粒子の弾性復元率が95%以上である請求項1記載の現像ローラ。
- 前記コア・シェル構造弾性樹脂粒子のコア部のガラス転移点が−120℃以上、−110℃以下であり、かつシェル部が−60℃未満の温度領域にガラス転移点を有していない請求項1または2記載の現像ローラ。
- 前記表面層の結着樹脂がポリウレタン樹脂である請求項1乃至3のいずれかに記載の現像ローラ。
- 前記表面層の表面粗さRaが0.5μm以上3.0μm以下である請求項1乃至4のいずれかに記載の現像ローラ。
- 前記樹脂層を形成する樹脂がシリコーン樹脂である請求項1乃至5のいずれかに記載の現像ローラ。
- 前記表面層に対するコア・シェル構造弾性樹脂微粒子の含有量が22質量部以上81質量部以下である請求項1乃至6のいずれかに記載の現像ローラ。
- 少なくとも静電潜像を形成するための電子写真感光体と、該電子写真感光体に当接配置される電子写真用現像部材とを具備し、電子写真画像形成装置に脱着可能に構成された電子写真プロセスカートリッジにおいて、前記現像部材が請求項1乃至7のいずれかに記載の現像ローラであることを特徴とする電子写真プロセスカートリッジ。
- 少なくとも静電潜像を形成するための電子写真感光体と、該電子写真感光体に当接配置される電子写真用現像部材とを具備する電子写真画像形成装置において、請求項1乃至7のいずれかに記載の現像ローラを少なくとも具備することを特徴とする電子写真画像形成装置。
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