JP5937481B2 - 電子写真装置用の導電性ローラ - Google Patents

Description

本発明は、電子写真装置用の導電性ローラに関する。

従来品の長寿命システムに対する現像ローラは、耐刷評価をした場合ローラ表面へのトナーフィルミングやＤブレード（現像ブレードなど）へのトナーフィルミングを引き起こしていた。この対策として、いくつかの提案がなされている。

例えば、特許文献１（特開平１０−６９１６５号公報）には、弾性層の表面に可溶性ナイロン、アクリル樹脂、ウレタン変性アクリル樹脂、ポリカーボネート及びフッ素樹脂等によって処理することにより、２０００枚プリント後にトナーフィルミングが無く、かぶりなどが発生せずにきれいな画質が得られる現像ローラが開示されている。
特許文献２（特開２００５−４１９６号公報）には、ポリエーテル系ポリウレタン弾性層の表面にイソシアネート、カーボンブラック及びアクリルフッ素系ポリマーを含む表面処理剤にて表面処理した現像ローラであって、コーティングなどの複層構造とすることなく、実質的に単層ロールとすることによって、歪み回復性に優れた現像ロールが開示されている。
特許文献３（特開２００７−３１６５２４号公報）には、弾性層の表面にフッ素樹脂、熱可塑性ポリイミド、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリスチレン等の熱可塑性樹脂からなる厚み５．０ｎｍ以上２．０μｍ未満、弾性層表面のマイクロゴム硬さＨｄが２１以上５０以下である表面層を設けた現像ロールが開示されている。薄い層にすることにより、表面層の硬さの影響を小さくして、弾性層の硬さをロールの硬さとすることができ、濃度ムラの発生しない画像を得ることができる現像ロールとされている。評価試験は１００００枚出力後に行っている。

省エネなどの一環として電子写真装置の長寿命システムが検討されている。本発明は、現像ロールなどの導電性ロールに着目して、長寿命に対応できる画像品質を提供できる導電性ロールを研究開発したものである。

特開平１０−６９１６５号公報 特開２００５−４１９６号公報 特開２００７−３１６５２４号公報

本発明が解決しようとする課題は、長寿命現像システムに対して、所望の画像特性を満足し、且つ耐刷条件においても画像特性を維持できる導電性ローラを提供する事を目的とする。

本発明者は、弾性層の表面に、アクリル樹脂とアクリル・フッ素混合樹脂のブレンド物からなる３〜７μｍの厚さの表層を設けることにより、きれいな画像を長期間に渡り提供できることを知見したので提案する。

本発明の主な解決手段は次のとおりである。
１．シャフトを中心軸として、ウレタン弾性層とその上に少なくとも１層を有するコート層（外層）を設けた構造からなる導電性ローラであって、該コート層は、バインダー樹脂がアクリル樹脂とアクリル・フッ素混合樹脂のブレンド物からなり、３〜７μｍの厚さであり、該コート層にイオン導電材とカーボンを含むことを特徴とする導電性ローラ。
２．アクリル樹脂は、バインダー樹脂１００部中、１０〜９０％であることを特徴とする１．記載の導電性ローラ。
３．コート層に含まれるイオン導電材は、バインダー樹脂１００部に対して、０．５部未満であることを特徴とする１．又は２．記載の導電性ローラ。
４．電子写真装置、複写機、プリンター、ＦＡＸ及びこれらの複合機の現像ローラであることを特徴とする１．〜３．のいずれかに記載の導電性ローラ。
５．帯電ローラ、転写ローラ又はクリーニングローラのいずれかであることを特徴とする１．〜４．のいずれかに記載の導電性ローラ。

本現像ローラは、長寿命現像システムにおいて、所望の画像特性を満足し且つ耐刷条件においても初期と耐久後の画像特性を維持できる現像ローラを実現できた。印刷耐性５００００枚数に相当する加速試験により、トナーフィルミングも発生せず長寿命が発揮できることが確認できた。
アクリル樹脂の混合比率は、バインダー樹脂１００部中、１０〜９０％の割合が望ましい。１０％以下の場合は、トナー帯電量が低くなりすぎ、白地かぶりが問題となる。一方９０％以上の場合は、フッ素成分が極めて少ない事より、トナー離型性が悪くなり、供給ローラでのトナーリセット性が悪化し、現像ローラやＤブレードでトナーフィルミングが発生しやすくなり問題である。膜厚は、５μｍ〜６μｍが望ましい。３μｍ以下の場合、塗膜耐久性で難があり、逆に７μｍ以上は、粗さが下がり、Ｄブレードに積層したトナーがすり抜け流動しにくくなり、トナーフィルミングが発生しやすくなる。
一方、イオン導電量は、なしの場合Dブレード及びローラ表面へのトナーフィルミングが問題となり、０．５部以上では、白字かぶりが悪化する。
本発明の導電性ローラは、電子写真装置、複写機、プリンター、ＦＡＸ及びこれらの複合機などの現像ローラ等の導電性ローラとして好適に用いることができる。導電性ローラとしては、帯電ローラ、転写ローラ、クリーニングローラなどとしても使用することができる。

本発明の現像ローラの例を示す図。 現像ローラの軸線方向の断面図

本発明の導電性ローラの基本構造は、シャフトを中心軸として、ウレタン弾性層とその上に少なくとも１層を有するコート層（外層）を設けた構造である。
導電性ローラは、図１、２に示された現像ローラと基本的には同様の構造である。現像ローラ１を図１、図２に示す。現像ローラ１は、導電性のシャフト２と、該シャフト２の外周面上に形成された導電性のウレタン弾性層３と、該ウレタン弾性層３の外周面上に少なくとも１層設けられるコート層４とを含む多層構造を有する。
シャフトは、両端を軸支し、駆動部品を嵌合するため両端を精密加工した細長い直円柱状であり、金属、たとえば鉄、アルミニウム合金、ステンレス鋼などが好適に用いられる。

（ウレタン弾性層について）
導電性のウレタン弾性層は、導電剤を配合したポリウレタンから形成される。ポリウレタンの形成は、ポリオールとイソシアネートを主剤とする現像ローラなどの導電性ローラでは一般に用いられる樹脂組成である。
ポリオールとして、ポリエーテルポリオール（例えば、エクセノールＳ３００３ 旭硝子、エクセノールＳ３００６ 旭硝子製）を用いることができる。このポリエーテルポリオールに導電性カーボン（例えば、４５Ｌ 三菱化学）と樹脂被覆カーボンをロール分散し、さらに反応性促進触媒として、ジメチル脂肪酸モノカルボン酸塩（例えば、ＵＬ２８ 活材ケミカル製）を添加混合して調整する。
ポリオールに硬化剤となるイソシアネートを混合する。イソシアネートとして、１，３−ビス（イソシアネートメチル）ベンゼン メタ−キシレンジイソシアネート（例えば、タケネートＴ５００三井武田ケミカル）を用いることができる。
配合する導電性付与材としては、カーボンブラックや、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛等の金属酸化物粒子を用いることができる。ゴムに対する分散性が良く、補強性にも優れる点で、カーボンブラックが好ましく用いられる。
ウレタンゴム製の弾性層の形成は、シャフトを固定した金型にポリオール成分とイソシアネート成分を混合して流し込み熱硬化させて成形する。この成形自体は従来と同様である。

ウレタン弾性体層を形成させるための熱硬化性ポリウレタンとしては、特に限定されることなく、一般的なポリオールとイソシアネートとを組み合わせたものが用いることができる。
また、前記ポリオールとしては、ポリエーテルポリオールやポリエステルポリオールなどの中から適宜選択して採用することが出来る。
前記ポリエーテルポリオールとしては、例えば、ポリオキシアルキレンポリオール、ポリオキシテトラメチレングリコール及びそれらの混合物等が挙げられ、前記ポリオキシアルキレンポリオールとしては、例えば、２個以上の活性水素含有基を有する化合物を出発原料とし、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、１，２−ブチレンオキシド、１，３−ブチレンオキシド、スチレンオキシド等のアルキレンオキシドの開環付加反応により得られるものを採用することができる。
なお、この２個以上の活性水素含有基を有する化合物としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール等の２価のアルコール；グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジグリセリン、デキストロース、ソルビトール、ショ糖等の３価以上の多価アルコール；レゾルシノール、ハイドロキノン、ビスフェノールＡ等の多価フェノール；エチレンジアミン、トリレンジアミン、１，３−プロパンジアミン、イソホロンジアミン等の多価アミン；ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルカノールアミン、それらの変性物等が挙げられ、これらは、それぞれ単独で又は２種以上を混合して用いる。
また、前記ポリエステルポリオールとしては、例えば、ジカルボン酸と多価アルコールの縮合反応により得られるものを採用することができる。
なお、このジカルボン酸としては、例えば、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸等の飽和脂肪族ジカルボン酸；シクロヘキサンジカルボン酸等の飽和脂肪族ジカルボン酸；フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸等の芳香族ジカルボン酸；マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等の不飽和脂肪族ジカルボン酸；テトラブロモフタル酸等のハロゲン含有ジカルボン酸；これらのエステル形成性誘導体、これらの酸無水物等が挙げられ、これらは単独で又は２種以上を混合して用いることができる。
このジカルボン酸とともにポリエステルポリオールを構成する多価アルコールとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリトール、ジグリセリン、デキストロース、ソルビトール等が挙げられ、これらは単独で又は２種以上を混合して用いることができる。
前記イソシアネートとしては、特に限定されないが、例えば、２，４−トリレンジイソシアネート（２，４−ＴＤＩ）、２，６−トリレンジイソシアネート（２，６−ＴＤＩ）、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（４，４’−ＭＤＩ）、２，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（２，４’−ＭＤＩ）、１，４−フェニレンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート、トリジンジイソシアネート（ＴＯＤＩ）、１，５−ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）などの芳香族ポリイソシアネート；ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート（ＴＭＨＤＩ）、リジンジイソシアネート、ノルボルネンジイソシアナートメチル（ＮＢＤＩ）、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、テトラメチルキシリレンジイソシアネート（ＴＭＸＤＩ）などの脂肪族ポリイソシアネート；トランスシクロヘキサン−１，４−ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、Ｈ６ＸＤＩ（水添ＸＤＩ）、Ｈ１２ＭＤＩ（水添ＭＤＩ）などの脂環式ポリイソシアネート；上記の各ポリイソシアネートのカルボジイミド変性ポリイソシアネート、または、これらのイソシアヌレート変性ポリイソシアネートなどが挙げられ、これらは、１種が単独で、又は２種以上が組み合わされて用いられ得る。

（コート層について）
コート層（表面層）は、バインダー樹脂として、アクリル樹脂とアクリル・フッ素混合樹脂のブレンド物を主成分とする。
アクリル樹脂の混合比率は、バインダー樹脂１００部中、１０〜９０％の割合が望ましい。１０％以下の場合は、トナー帯電量が低くなりすぎ、白地かぶりが問題となる。一方９０％以上の場合は、フッ素成分が極めて少ない事より、トナー離型性が悪くなり、供給ローラでのトナーリセット性が悪化し、現像ローラやＤブレードでトナーフィルミングが発生しやすくなり問題である。

コート層の厚みは３〜７μｍが好ましい。膜厚は、さらに５μｍ〜６μｍが望ましい。３μｍ以下の場合、塗膜耐久性で難があり、逆に７μｍ以上は、粗さが下がり、Ｄブレードに積層したトナーがすり抜け流動しにくくなり、トナーフィルミングが発生しやすくなる。
さらにコート層には、導電性付与材や表面改質剤を添加、分散させて被膜を形成する。これらの添加剤は、イオン導電剤、カーボン、Ｓｉオイルなどである。

（用途例）
本発明の導電性ローラは、電子写真装置、複写機、プリンター、ＦＡＸ及びこれらの複合機などの現像ローラとして好適に用いることができる。帯電ローラ、転写ローラ、クリーニングローラなどとしても使用することができる。

図１、図２に本願発明の現像ローラを模式図で示す。
現像ローラ（導電性ローラ）１は、シャフト２の外周に導電性のウレタン弾性層３を従来公知の押出成形や型注入成形などによって製造することができる。導電性のウレタン弾性層３を整形、研磨したのち、コート層（表面層）４である外層をディッピング等の手段によりコートする。

現像ローラを例にとって実施例を説明する。
図１に示す現像ローラ１は、シャフト２を中心軸として、導電性ポリウレタン弾性層３とその上に少なくとも１層を有するコート層（外層）４を設けた構造である。
シャフト２、導電性ポリウレタン弾性層３及びコート層４からなる現像ローラに用いられる基本構成要素は従来例と同様である。

本実施例では、導電性ポリウレタン弾性層は、ポリールとイソシアネートからなり、導電性成分を添加している。
ウレタンゴム製の弾性層の形成は、シャフトを固定した金型にポリオール成分とイソシアネート成分を混合して流し込み熱硬化させて成形する。この成形自体は従来と同様である。
［実施例１］
（ウレタン弾性層）
ポリオールとしてエクセノールＳ３００３（ポリエーテルポリオール、旭硝子製 ＯＨｖ＝５６ｍｇＫＯＨ／ｇ、ＭＷ３０００：３５ＷＴ％）とエクセノールＳ３００６（ポリエーテルポリオール、旭硝子製 ＯＨｖ＝３３ｍｇＫＯＨ／ｇ、ＭＷ５０００：６５ｗｔ％）に導電性カーボンである４５Ｌ（三菱化学製）と樹脂被覆カーボン（三菱化学製）を６．５ｗｔ％となるようにロール分散したものと、さらに反応性促進触媒として、ＵＬ２８（ジメチル脂肪酸モノカルボン酸塩 活材ケミカル製）をウレタン総量に対し、１５０ｐｐｍ添加混合した。
これらポリオールと触媒を主剤として、硬化剤のイソシアネートは、タケネートＴ５００（１，３−ビス（イソシアネートメチル）ベンゼン メタ−キシレンジイソシアネート、三井武田ケミカル製）を主剤１００ｇに対し、６．９ｇ計量、混合し金型に流し込み熱硬化させた。

（コート層）
コート層は、アクリル樹脂（ＮＫ３８０：日本触媒製）とアクリル・フッ素混合樹脂（ＴＲ１０１：ＤＩＣ製）のブレンド物を用いる。バインダー樹脂１００部は、アクリル樹脂３０部／アクリル・フッ素樹脂７０部の混合割合の構成とし、このバインダー樹脂にイオン導電材０．１部（三光化学製）とカーボン１２．５部（セイカブラックＳＳ−０１−９４２：大日精化製）とＳｉオイル０．２５部（ＦＭ０７２１：チッソ株式会社製）を添加して調整した。
コート層の膜厚は、５μｍとした。

［実施例２〜８、比較例１〜５］
実施例２〜８及び比較例１〜５について、実施例１と同様のウレタン弾性層の表面に表１に記載した組成のコート層を形成した現像ローラを作成した。

［評価 試験］
実施例１〜８及び比較例１〜５の現像ローラについて、Ｄブレードのフィルミング、現像ローラ表面のトナーフィルミング、現像ローラの耐摩耗評価及び加速試験機を用いて３時間試験を行った。及び、白地かぶり試験を行った。試験結果を表１に示す。
Ｄブレード・トナーフィルミング、耐摩耗評価：
加速試験用ユニットにローラをセットし、所定バアイス（−１００Ｖ）を現像ロー ラに印加し、２３０ｒｐｍでローラを空回転させ、加速試験評価を実施。
その後、Ｄブレード表面・ローラ表面を目視にて観察。
白字かぶり：
白ベタ画像を出力し、ＯＰＣ上のトナー残り（メンディングテープ貼り付け）をマ クベス濃度計で評価した。

［考察］
（１）比較例１及び２は、バインダー樹脂として、アクリルを含まない例又はアクリル・フッ素樹脂を含まない例であって、白地かぶりが発生あるいはフィルミングが発生している。これに対して、コート膜厚が５μｍと同じである実施例１〜６は全て良好な結果であることから、バインダー樹脂としてアクリルとアクリル・フッ素樹脂の双方をブレンドすることが有効であることがわかる。
（２）アクリルとアクリル・フッ素樹脂は、試験結果から、１０〜９０：９０〜１０の比率で有効である。アクリルが１０％以下の場合は、トナー帯電量が低くなりすぎ、白地かぶりが発生（比較例１）し、一方９０％以上の場合は、フッ素成分が極めて少ない事より、トナー離型性が悪くなり、供給ローラでのトナーリセット性が悪化し、現像ローラやＤブレードでトナーフィルミングが発生（比較例２）しやすくなり問題である。
（３）コート層の膜厚については、２μｍの比較例５では、対摩耗性が不良であり、白地かぶりも発生している。一方、膜厚８μｍの比較例６では、Ｄブレードにトナーフィルミングが生じている。同組成である実施例１、７、８の結果から、コート層の膜厚は３〜７μｍが適していることがわかる。５μｍ前後が極めて良好な評価が得られている。
（４）イオン導電材については、実施例１、６及び比較例３、４に着目すると、添加量は０．１〜０．５部未満が適量であることが判明した。
（５）以上を総合すると、アクリルとアクリル・フッ素樹脂を１０〜９０：９０〜１０の比率のブレンド物をバインダー樹脂とし、イオン導電剤を０．１〜０．５部未満添加した３〜７μｍの膜厚を備えたコート層が、長寿命の現像用ローラとして適していることがわかる。

１ 導電性ローラ（現像ローラ）
２ シャフト
３ 導電性ポリウレタン弾性層
４ コート層（表面層）

Claims (5)

1. シャフトを中心軸として、ウレタン弾性層とその上に少なくとも１層を有するコート層（外層）を設けた構造からなる導電性ローラであって、
   該コート層は、バインダー樹脂がアクリル樹脂とアクリル・フッ素混合樹脂のブレンド物からなり、３〜７μｍの厚さであり、
   該コート層にイオン導電材とカーボンを含むことを特徴とする導電性ローラ。
2. アクリル樹脂は、バインダー樹脂１００部中、１０〜９０％であることを特徴とする請求項１記載の導電性ローラ。
3. コート層に含まれるイオン導電材は、バインダー樹脂１００部に対して、０．５部未満であることを特徴とする請求項１又は２記載の導電性ローラ。
4. 電子写真装置、複写機、プリンター、ＦＡＸ及びこれらの複合機の現像ローラであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の導電性ローラ。
5. 帯電ローラ、転写ローラ又はクリーニングローラのいずれかであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の導電性ローラ。

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