JP5700972B2 - 現像ローラ、現像装置および電子写真装置 - Google Patents
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Description
該表面層は、(A)3−メチル−1,5−ペンタンジオールを原料とするポリエステルポリオール、(B)ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネートを原料とするプレポリマー型イソシアネート、及び、(C)イソホロンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアヌレート、又は、ヘキサメチレンジイソシアヌレートである低分子型イソシアネート系化合物を含む表面層形成用塗布液の塗膜を、前記シリコーン樹脂層上に形成する工程、及び、該塗膜を硬化させる工程を経て形成されてなり、該(C)の極性が、該(B)の極性よりも低く、
該表面層は、温度−10℃、荷重0.050mN/10s、荷重時間5.0s、および、該表面層の表面からの押し込み深さをt/4(ここで、tは該表面層の厚さ)としたときのマルテンス硬度HMが3.0以上4.5以下の範囲にあり、かつ、該表面層の表面から深さ7t/8の位置におけるウレタン基由来の窒素元素の原子%が2.0以上4.0以下である現像ローラが提供される。
(a)該樹脂層はシリコーン樹脂を含む。
(b)該表面層はポリウレタン樹脂を含む。
(c)該表面層は、温度−10℃、荷重0.050mN/10s、荷重時間5.0s、押し込み深さをt/4(ここで、tは該表面層の厚さ)としたときのマルテンス硬度HMが3.0以上4.5以下である。
(d)該表面層からの深さ7t/8の位置におけるウレタン基由来の窒素元素の原子%が2.0%以上4.0%以下である
軸芯体として、SUS304製の直径8mmの芯金に、プライマー(商品名:DY35−051、東レダウコーニング社製)を、厚み約1μmになるように塗布し、150℃、30分間焼き付けしたものを用いた。
・ジメチルポリシロキサン(1) 50質量部
(両末端にビニル基が置換し、主鎖の99mol%以上がジメチルポリシロキサンの繰り返し単位である。重量平均分子量(Mw)=20,000)
・ジメチルポリシロキサン(2) 50質量部
(両末端にビニル基が置換し、主鎖の99mol%以上がジメチルポリシロキサンの繰り返し単位である。Mw=10,000,0)
・カーボンブラック(1) 7質量部
(商品名:Raven860Ultra、Columbian Chemical製)
ジメチルポリシロキサン(1)50質量部及びジメチルポリシロキサン(2)50質量部の代わりに、ジメチルポリシロキサン(3)100質量部を用いた以外は、樹脂層ローラ1と同様の方法で樹脂層ローラ2を作製した。なお、ジメチルポリシロキサン(3)は、両末端にビニル基が置換し、主鎖の99mol%以上がジメチルポリシロキサンの繰り返し単位であるものであり、Mwは60,000である。作製した樹脂層ローラ2の直径は16mmおよびアスカーC硬度は62度であった。
ジメチルポリシロキサン(1)50質量部及びジメチルポリシロキサン(2)50質量部の代わりに、ジメチルポリシロキサン(4)100質量部を用いた以外は、樹脂層ローラ1と同様の方法で樹脂層ローラ3を作製した。なお、ジメチルポリシロキサン(4)は、両末端にビニル基が置換し、主鎖の99mol%以上がジメチルポリシロキサンの繰り返し単位であるものであり、Mwは40,000である。作製した樹脂層ローラ3の直径は16mmおよびアスカーC硬度は65度であった。
ジメチルポリシロキサン(1)50質量部及びジメチルポリシロキサン(2)50質量部の代わりに、ジメチルポリシロキサン(5)100質量部を用いた以外は、樹脂層ローラ1と同様の方法で樹脂層ローラ4を作製した。なお、ジメチルポリシロキサン(5)は、両末端にビニル基が置換し、主鎖の99mol%以上がジメチルポリシロキサンの繰り返し単位であるものであり、Mwは25,000である。作製した樹脂層ローラ4の直径は16mmおよびアスカーC硬度は70度であった。
・ポリテトラメチレングリコール 100質量部
(商品名:PTG1000SN、保土ヶ谷化学社製)
・イソシアネート化合物 22質量部
(商品名:ミリオネートMT、日本ポリウレタン工業社製)
・エステルジオール 100質量部
(アジピン酸と3−メチル−1,5−ペンタンジオールからなる。Mn=1000)
(商品名:P−1010、株式会社クラレ製)
・ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート 96質量部
(商品名:コスモネートM−100、三井化学ポリウレタン社製)
・ポリプロピレングリコール 100質量部
(商品名:エクセノール720、旭硝子株式会社製)
・トリレンジイソシアネート 105質量部
(商品名:タケネートD−101A、三井化学ポリウレタン社製)
・エステルジオール 100質量部
(アジピン酸と3−メチル−1,5−ペンタンジオールからなる。Mn=1000)
・ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート 134質量部
(商品名:コスモネートM−100、三井化学ポリウレタン社製)
・エステルジオール 100質量部
(セバシン酸と3−メチル−1,5−ペンタンジオールからなる。Mn=1000)
(商品名:P−1050、株式会社クラレ製)
・ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート 80質量部
(商品名:コスモネートM−100、三井化学ポリウレタン社製)
・ポリテトラメチレングリコール 100質量部
(商品名:PTG1000SN、保土ヶ谷化学社製)
・ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート 85質量部
(商品名:コスモネートM−200、三井化学ポリウレタン社製)
・ポリテトラメチレングリコール 100質量部
(商品名:PTG1000SN、保土ヶ谷化学社製)
・ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート 125質量部
(商品名:コスモネートM−200、三井化学ポリウレタン社製)
<ポリオール>
・ポリカプロラクトンポリオール(商品名:プラクセルL−212AL、ダイセル化学工業株式会社製)
・エステルポリオール(商品名:NS−2400、3−メチル−1,5−ペンタンジオールとアジピン酸からなる。ADEKA株式会社製)
・エステルポリオール(商品名:P−3010、P−4010、3−メチル−1,5−ペンタンジオールとアジピン酸からなる。株式会社クラレ製)
・エステルポリオール(商品名:P−1050、P−2050、P−3050、3−メチル−1,5−ペンタンジオールとセバシン酸からなる。株式会社クラレ製)
・エステルポリオール(商品名:YG−108、1,6−ヘキサンジオールとアジピン酸とイソフタル酸からなる。ADEKA株式会社製)
<低分子型イソシアネート系化合物>
・低分子ブロック型イソホロンジイソシアネート(商品名:B−874N、三井化学ポリウレタン社製)
・低分子ブロック型ヘキサメチレンジイソシアネート(商品名:B−882N、三井化学ポリウレタン社製)
・イソホロンジイソシアヌレート(商品名:B−1370、三井化学ポリウレタン社製)
・ヘキサメチレンジイソシアヌレート(商品名:TPAB80E、三井化学ポリウレタン社製)
・エステルジオール 100質量部
(商品名:P−2050、株式会社クラレ製、セバシン酸と3−メチル−1,5−ペンタンジオールからなる。Mn=2,000)
・Pre−BI1 102質量部
・低分子ブロック型イソホロンジイソシアネート 9.2質量部
(商品名:B−874N、三井化学ポリウレタン社製)
本発明における表面層形成用塗料液(2)〜(37)は、上述の出発原料を用いた以外は、表面層形成用塗料液(1)と同様の方法で調製した。尚、塗料固形分の調製は、MEKの添加量を調整することで行った。各々の表面層形成に用いた出発原料の質量部と物性を表1に示す。
まず、樹脂層ローラ1にエキシマUV処理を施すことで、表面処理を行った。樹脂層ローラ1の軸芯体を回転軸として30rpmで回転させながら、波長172nmの紫外線を細管エキシマランプ(ハリソン東芝ライティング製)により、積算光量が150mJ/cm2となるように照射して処理を行なった。照射時の弾性層表面とエキシマランプの距離は2mmとした。その後、表面層形成用塗料を形成することで現像ローラを作製した。
(UrcY測定方法)
本発明におけるUrcYの値は、表面層の膜厚をtとした時、表面層の最表面から、7t/8の深さにおけるESCAにより測定されたウレタン基由来の窒素元素の原子%で定義される。また、本発明におけるウレタン基とは、ビウレット結合、アロファナート結合、ウレア結合の如き、ウレタン結合に付随した官能基に関しても包含する。この時のUrCYの値が、ウレタン基もしくは他の官能基に由来するかの判断は、フーリエ変換−赤外吸収(FT−IR)スペクトルを用いることで、定量的に評価を行うことができる。本発明のFT−IRスペクトル分析は、日本分光社(株)製のNicoletAVATAR360 FT−IRを用いて評価を行った。測定試料としては、後述する画像評価後にイソプロピルアルコールを染み込ました布で現像ローラ表面に付着したトナーおよび外添剤を拭き取った後、ウレタン表面層をバイオカッターで薄く削りとったものを使用した。
・スパッタリングイオン;C60イオン
・スパッタリング加速電圧;4kV
・ラスターサイズ;2×0.5mm2
・X線源;モノクロ AI Kα
・Xray Settinng;100μmφ(25W(15KV))
・光電子取り出し角;45度
・中和条件;中和銃とイオン銃の併用
・分析領域;φ100μm
・Pass Energy;23.5eV
・ステップサイズ;0.1eV
マルテンス硬度(HM)の測定は下記条件を用いる以外は、ISO14577−1(2002年)に準拠して測定する。測定装置として、ピコデンターHM500(商品名、フィッシャー・インストルメンツ株(製)を用いた。現像ローラおよび測定装置を、温度−10℃の環境中に24時間放置後に、測定を行った。現像ローラの両端から5mmの位置及び長手方向中央部において、周方向の異なる3点についてそれぞれ測定を行い、9点の相加平均を下記式(2)を用いて計算し、現像ローラのマルテンス硬度とした。各実施例及び比較例で作製した現像ローラのマルテンス硬度を表4および5に示す。
・測定圧子形状;三角錐圧子(稜間隔115度、ベルコビッチタイプ)
・測定圧子材料;ダイヤモンド
・測定温度;−10℃、
・荷重速度および除荷速度;0.050mN/10s
・荷重時間;5.0s
・押し込み深さ;t/4μm(tは表面層の膜厚)
[F:押し込み荷重、h:圧子の押し込み量]
本発明における実施例2〜27における現像ローラ(2)〜(27)の作製は、上述の樹脂層ローラ及び表面層形成塗料液を組み合わせ、実施例1の現像ローラ(1)同様の方法で作製した。また、各種特性の評価および画像評価を実施例1の現像ローラ(1)同様に行った。結果を表4に示す。
樹脂層ローラの表面処理方法として、下記条件でコロナ放電処理装置(春日電機株式会社製)を用いて、コロナ処理を施した以外は、実施例14と同様の方法で、厚さ10μmの表面層を有する実施例28の現像ローラ(28)を作製した。また、各種特性の評価および画像評価を実施例1の現像ローラ(1)同様に行った。結果を表4に示す。
表2にコロナ処理条件を示す。
樹脂層ローラの表面処理方法として、下記条件で火炎処理装置FTS−401(アルゴンガス社製)を用いて、火炎処理を施した以外は、実施例14と同様の方法で、厚さ10μmの表面層を有する実施例29の現像ローラ(29)を作製した。また、各種特性の評価および画像評価を実施例1の現像ローラ(1)同様に行った。
表3に火炎処理条件を示す。
樹脂層の表面処理を施さずに表面層の形成を行った以外は、実施例14と同様の方法で、厚さ10μmの表面層を有する実施例30の現像ローラ(30)を作製した。また、各種特性の評価および画像評価を実施例1の現像ローラ(1)同様に行った。
表5に記載した構成を有する比較例1〜12に係る現像ローラを作製した。これらの現像ローラの各種特性の評価および画像評価を実施例1と同様に行った。その結果を表5に示す。
[高温高湿下における現像ブレード長期当接による画像スジの評価]
現像ローラを、電子写真プロセスカートリッジEP−85K(商品名、キヤノン株式会社製、色:黒)に組み込み、温度40℃、湿度95%RHの環境に30日間放置した。その後、さらに温度30℃、湿度85%RHの環境に24時間放置した。放置後、同環境において、電子写真プロセスカートリッジをキヤノン製プリンターLBP5500(商品名)改造機に組み込んだ。改造機は、現像ブレードとして、厚み100μmのリン青銅ブレードを用い、この現像ブレードにブレードバイアスを印加できるように改造したもの、かつ40rpmでフルカラー印字ができるように改造したものである。ブレードバイアスを現像バイアスに対して、−150Vに設定して、ベタ黒画像を3枚出力した。このベタ黒画像において、下記評価条件で、放置中の現像ブレードとの当接による現像ローラの変形に起因する画像スジを評価した。各実施例及び比較例で作製した現像ローラにおける結果を表に示す。
B:ベタ黒画像において現像ローラの変形に起因する画像スジがわずかに確認できる。
C:ベタ黒画像において現像ローラの変形に起因する画像スジがはっきりと確認できる。しかし、常温常湿環境下(温度23℃、湿度50%RH)にカートリッジを24時間放置した後、再度ベタ黒画像形成すると、画像スジは認められない。
D:ベタ黒画像において現像ローラの変形に起因する画像スジがはっきりと確認できる。常温常湿環境下(温度23℃、湿度50%RH)にカートリッジを24時間放置した後、再度ベタ黒画像形成しても、画像スジが認められる。
高温高湿環境下における現像ブレード長期当接による画像スジ評価の後に、現像ローラを新品の電子写真プロセスカートリッジに組み込み、この電子写真プロセスカートリッジを温度10℃、湿度10%RHの環境に24時間放置した。放置後、同環境において、電子写真プロセスカートリッジをキヤノン製プリンターLBP5500(商品名)改造機に組み込み、ブレードバイアスを現像バイアスに対して、−200Vのバイアス条件で、1%の印字率で連続画像出力を行った。耐久カブリの評価は、ベタ白部分に3%を超えるカブリが観察される出力枚数を計測し、下記評価基準で行った。また、出力1000枚毎にマクベス社製の反射濃度計を用い、非印字部分(基準)および印字範囲のベタ白部の反射率を測定し、基準に対する反射率の低下量(%)を「カブリ」とした。各実施例及び比較例で作製した現像ローラにおける結果を表に示す。
B:3%以上のカブリが、連続印字20000枚以上25000枚未満で確認された。
C:3%以上のカブリが、連続印字10000枚以上20000枚未満で確認された。
D:3%以上のカブリが、連続印字10000枚未満で確認された。
上記の画像評価後、現像ローラの樹脂層と表面層間の膜剥離を観察することで、接着性の評価を行った。画像評価後の電子写真プロセスカートリッジから現像ローラを取り出し、温度60℃、湿度90%RHの環境に30日間放置した。その後、さらに温度23℃、湿度50%RHの環境に24時間放置した。放置後、同環境において、JISK5400(1990年)に準拠して、セロハンテープNO.232(商品名、3M社製)を用いて、クロスカット試験方法により、樹脂層と表面層との接着性を以下の基準で評価した。各実施例及び比較例で作製した現像ローラにおける結果を表に示す。
B:100マス当りの剥離マス数が1以上5未満
C:100マス当りの剥離マス数が5以上20未満
D:100マス当りの剥離したマス数20以上。
2 軸芯体
3 樹脂層
4 表面層
Claims (4)
- 軸芯体と、該軸芯体の周囲に設けられたシリコーン樹脂層と、該樹脂層の外周に設けられた表面層とを有する現像ローラにおいて、
該表面層は、(A)3−メチル−1,5−ペンタンジオールを原料とするポリエステルポリオール、(B)ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネートを原料とするプレポリマー型イソシアネート、及び、(C)イソホロンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアヌレート、又は、ヘキサメチレンジイソシアヌレートである低分子型イソシアネート系化合物を含む表面層形成用塗布液の塗膜を、前記シリコーン樹脂層上に形成する工程、及び、該塗膜を硬化させる工程を経て形成されてなり、該(C)の極性が、該(B)の極性よりも低く、
該表面層は、
温度−10℃、荷重0.050mN/10s、荷重時間5.0s、および、該表面層の表面からの押し込み深さをt/4(ここで、tは該表面層の厚さ)としたときのマルテンス硬度HMが3.0以上4.5以下であり、かつ、
該表面層の表面から深さ7t/8の位置におけるウレタン基由来の窒素元素の原子%が2.0%以上4.0%以下であることを特徴とする現像ローラ。 - 前記表面層の厚さtは、4μm以上20μm以下である請求項1に記載の現像ローラ。
- 電子写真装置に着脱可能であり、請求項1または2に記載の現像ローラを具備することを特徴とするプロセスカートリッジ。
- 請求項1または2に記載の現像ローラと、感光体とを具備していることを特徴とする電子写真装置。
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