JP5998001B2 - 電子写真装置用現像部材 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真装置の感光体周辺に配置される、現像ローラ、転写ローラ又はクリーニングローラ等の電子写真装置用現像部材に関する。

昨今の電子写真システムは、長寿命化と高画質化を目指している。当該現像システムにおいて、現像ローラとしては耐摩耗性に強く、寿命まで安定にトナー帯電付与・搬送性を確保する事が重要である。耐磨耗性は、特に非画像部近傍のトナーシール部でローラ端部削れが問題となっている。シールと摺擦して摩耗する端部対策が取られている。

例えば、特許文献１（特開平１１−２０２６２０号公報）には、現像ローラの端部にフッ素樹脂又はポリアセタール樹脂をコーティングすることにより、摩擦力を低減することが開示されている。
特許文献２（特開２０００−３４７４９８号公報）には、表面部に内部よりも高い濃度でフッ素成分またはシリコン成分から成る離型成分を分布させた現像ローラが開示されており、現像ローラ上のトナーが現像ローラの表面部に存在する比較的高い濃度の離型成分のため、感光体上の静電潜像にトナーが容易に移行できる。
この文献は、本出願人が提案した発明であり、［０００３］〜［０００５］に記載するように当時は次のような問題意識をもっていた。ポリウレタンゴムは、耐摩耗性に優れているが、分子極性が大きく、トナー中の配合成分との親和性が大きく、トナー成分がローラやベルト表面に付着するフィルミングを生じやすい。したがってポリウレタンゴムを弾性部材に用いたローラやベルトは、摩耗する前に、フィルミングによる表面汚れによって交換が必要となる。これを解決するために、イソシアネートと反応する官能基を有するフッ素樹脂を溶剤に溶かしてローラやベルトの表面に塗布する方法が提案されている。またポリウレタンを構成するポリオールにシリコンポリオールを用い、これをポリイソシアネートと反応させたポリウレタンを弾性部材として用いる方法が提案されている。フッ素樹脂溶液をポリウレタンゴム表面に塗布する方法は、塗布工程が必要となるため工程が煩雑になる上に、フッ素樹脂自体が硬く、比較的低硬度のポリウレタンゴム基材への追従性が劣り、基材ゴムの変形時にフッ素樹脂塗膜がシワになり、さらにフッ素樹脂塗膜が脱落するという問題がある。また、シリコンポリオールとポリイソシアネートとを反応させたポリウレタンは、シリコンポリオールの分子間に作用する力が弱く、弾性部材としての物性が不充分で、シリコンウレタンが短時間で摩耗するという問題がある。さらにシリコンポリオールが高価なために安価な弾性部材が提供できない。
このような認識に基づいて、特許文献２の発明を提案した。
特許文献３（特開２００８−１７６１５６号公報）には、現像ローラの両端部に、少なくとも２本の凸形状帯を円周方向に設けて、現像ローラ端部の摺動部分からのトナー漏れの発生を防ぎ、長期に亘り高品質な画像を得ることができる現像ローラが開示されている。

この端部摩耗対策のために従来は、表層コート材を耐磨耗性重視やシール性の仕様に着目した対策をしている。しかし、従来の端部の対摩耗性向上技術では、しわの発生や画像領域でのトナーへの帯電付与・搬送性で要求特性を満足できない問題があり不十分であった。そのため本発明者は、画像領域部と非画像部で機能分離をする事を目指して検討を進めてきた。

特開平１１−２０２６２０号公報 特開２０００−３４７４９８号公報 特開２００８−１７６１５６号公報

本発明は、現像ローラ等の電子写真装置用現像部材のトナーシール部と接触する端部において、端部の摩耗を防止することによって、電子写真装置用現像部材の長寿命化を図ることを目的とする。

本発明者は、解決手段として、端部処理を実施し、ウレタン樹脂を含めイソシアネート処理をする事が有効であることを見出して、本発明を完成した。

本発明の主な解決手段は次のとおりである。
１．弾性層と、該弾性層の表面に摩擦によりトナーを帯電させる表面層とを備える電子写真装置用現像部材であって、 前記表面層両端部であって、シールと接触する部分に、端部処理剤としてイソシアネート又は熱可塑性ウレタンで処理した端部コート層を設けたことを特徴とする電子写真装置用現像部材。
２．前記端部処理剤にＳｉアクリル樹脂を含むことを特徴とする１．記載の電子写真装置用現像部材。
３．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ことを特徴とする１．又は２．記載の電子写真装置用現像部材。
４．バインダー樹脂にイオン導電材、カーボンを添加することを特徴とする３．記載の電子写真装置用現像部材。
５．弾性層が、熱硬化型ウレタンであることを特徴とする１．〜４．のいずれかに記載の電子写真装置用現像部材。
６．端部コート層は、表面層の端から１０ｍｍ以内に形成されていることを特徴とする１．〜５．のいずれかに記載の電子写真装置用現像部材。
７．現像ローラ、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．〜６．のいずれかに記載の電子写真装置用現像部材。

本発明は、端部摩耗耐性に優れた長寿命の電子写真装置用現像部材を実現できた。端部におけるトナーのフィルミングが発生しないために、フィルミングによる摩擦抵抗の増加が抑制された。
本発明の電子写真装置用現像部材は、端部処理部との境界で白地かぶりが抑制され、画像領域部と非画像部で機能分離が明確となり、高品質の画像を実現できた。
電子写真装置用現像部材の弾性層を形成するポリウレタンは、ポリオールとイソシアネートの反応物であるので、端部表面に塗布コーティングするイソシアネートは、弾性層との親和性が高く、境界面では深さ方向に濃度勾配的に結合しており、強固に一体化している。熱可塑性ポリウレタンをコーティングした場合も、同様に親和性が高く、強固な一体化が得られる。
Ｓｉアクリル樹脂をイソシアネートあるいは熱可塑性ポリウレタンに添加した場合は、摩擦抵抗を上げずに帯電性を付与することができる。
特に、アクリル樹脂とアクリル・フッ素混合樹脂のブレンドをバインダー樹脂に用いた表面層（コート層）とウレタンゴム弾性層の構成成分と共通する成分であるイソシアネートあるいは熱可塑性ウレタンを用いて端部コート層を形成することにより、きれいな画像と端部の摩耗を抑制して６倍以上の長期間の耐久性を発揮した現像ロールなどの電子写真装置用現像部材を実現することできた。

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 本発明に係る現像装置の実施形態の要部を示す図。 従来の現像ローラを示す斜視図。

本発明の電子写真装置用現像部材の基本構造（図１、２参照）は、軸体（シャフト）２を中心軸として、ウレタンゴム製の弾性層３とその上に少なくとも１層を有する表面層（コート層）４を有し、更に端部にのみ端部コート層５を設けた構造である。

（ウレタン弾性層について）
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。

ポリオールとイソシアネートを組み合わせたウレタンゴム製の弾性層として次の例をあげることができる。
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。
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。

（コート層について）
表面層（コート層）は、バインダー樹脂と導電材などの添加物から構成される。
バインダー樹脂として、アクリルウレタン、ラクトン変性アクリルウレタン、アクリルシリコーン、熱可塑性ウレタン、フェノール樹脂、エチルセルロース、メラミン、アルキッド等を用いることができる。
特に、バインダー樹脂として、アクリル樹脂（例えば、ＮＫ３８０：日本触媒）とアクリル・フッ素混合樹脂（例えば、ＴＲ１０１：ＤＩＣ製）のブレンド物が適している現像ローラやＤブレードフィルミングの観点から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。
バインダー樹脂に、イオン導電材やカーボン（例えば、セイカブラックＳＳ−０１−９４２：大日精化）等を添加する。

（端部コート層について）
端部コート層は、シールが接触する可能性のある端部に形成される。その範囲は、１０ｍｍ以内が適している。端部コート層は、イソシアネートあるいは熱可塑性ポリウレタンをディッピングやスプレーなどの手段を用いて表面層の上に形成する。端部コート層は、イソシアネート（例えば、スミジュール４４Ｖ２０：住化バイエルウレタン）を溶剤（例えば、ＭＥＫ）で固形分５〜１０％となるように希釈したものや熱可塑性ポリウレタン（例えば、Ｐ３９５ＳＲＮＡＴ：日本ポリウレタン工業）を溶剤（例えば、ＴＨＦ）で固形分５〜１０％となるように希釈したものを使用する。
イソシアネートあるいはウレタン成分は、表面層の下にあるウレタンゴム弾性層の成分と共通しており、これらの成分は親和性が高く、シールとの摺擦に対する摩耗耐性を改善する効果が認められる。

（端部コート層 帯電付与剤について）
更に帯電付与を機能として必要な場合は、Ｓｉアクリル樹脂（例えば、ＧＳ−３０：東亜合成製）を添加すると有効である。端部近傍のトナーに極端に帯電量が不足している場合、帯電付与機能を更に追加する必要がある場合にＳｉアクリル樹脂を添加することが特に有効である。

（用途例）
電子写真装置用現像部材としては、感光体周辺の現像ローラ、転写ローラ、帯電ローラ、中間転写体などが上げられる。

現像ローラを例にとって実施例を説明する。
図１、図２に示す現像ローラ１は、軸体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層を有する表面層（コート層）４を有し、更に両側の端部１０ｍｍに１層の端部コート層５を設けた構造である。図３は、本現像ローラを用いた現像装置の概略構造を示している。現像ローラ１の両端に形成された端部コート層５に対応する部位には端部シール部材７が配置され、現像ブレード等の規制ブレード６が現像ローラ１に摺擦するように配置されている。
軸体（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（図４参照）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。
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、混合し軸体を固定した金型に流し込み熱硬化させた。

表面層（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。

端部コート層は、イソシアネート（スミジュール４４Ｖ２０：住化バイエルウレタン製）を溶剤（ＭＥＫ）で固形分５〜１０％となるように希釈したもの、あるいは、熱可塑性ポリウレタン（Ｐ３９５ＳＲＮＡＴ：日本ポリウレタン工業製）を溶剤（ＴＨＦ）で固形分５〜１０％となるように希釈したものを用いている。
端部コート層の形成は、ディッピング処理もしくはスプレー処理を採用した。

更に帯電付与を機能剤として、Ｓｉアクリル樹脂（ＧＳ−３０：東亜合成製等）を５％ブレンドしたものを添加した。

コート層と端部コート層の組成を組み合わせて実施例１、２及び比較例１、２、３の現像ロールを作成して、端部の摩耗試験及び白地かぶり試験を行った結果を表１に示す。

［評価 試験］
端部摩耗評価：ローラを所定回転数で回転させ、真鍮ロットを所定数量食い込ませ、目 視にて端部の削れ発生（縦キズ）を確認し、発生した時間を計測す る。８０ｓ（秒）を耐久基準として想定した。この負荷試験において、 ８０秒の耐久性は、５万枚（５０Ｋ枚）に印刷耐性に相当する。
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）端部処理剤としてイソシアネート又は熱可塑性ウレタンで処理した実施例１、２は、端部の摩耗が抑制されて長寿命化が実現できた。フィルミングの発生も観察されなかった。
（２）白地かぶりも発生せずにきれいな画像を得ることができた。
（３）イソシアネートを端部にコーティングしない比較例１は、対摩耗性が不十分であり、耐久性が向上しない。
（４）表面コート層に熱可塑性ウレタンにて形成し、端部コート処理を施さない比較例３は、耐久性は十分に発揮できたが、白地かぶりが発生し、画像の品質が不十分であった。即ち、単純に端部の改善のみを計っても、本来目的である画像形成の品質劣化を招くことがある。
（５）端部コート層としてアクリル樹脂を用いた比較例２は、耐久性が不十分であった。このことは、表面コート層に用いられている成分と共通の成分を端部コート層に用いたとしても、課題を解決できないことを意味しており、表面コート層の成分と端部コート層の成分の選択、組み合わせは単純な予測性が無いことを伺うことができる。
（６）本試験系の結果、アクリル樹脂とアクリル・フッ素混合樹脂のブレンドをバインダー樹脂に用いた表面層（コート層）とウレタンゴム弾性層の構成成分と共通する成分であるイソシアネートあるいは熱可塑性ウレタンを用いて端部コート層を形成することにより、きれいな画像と端部の摩耗を抑制して６倍以上の長期間の耐久性を発揮した現像ロールなどの電子写真装置用現像部材を実現することが明らかとなった。

１ 導電性ローラ（現像ローラ）
２ 軸体
３ 導電性ポリウレタン弾性層
４ 表面層
５ 端部コート層
６ 規制ブレード
７ 端部周面シール部材

Claims (6)

1. 弾性層と、該弾性層の表面に摩擦によりトナーを帯電させる表面層とを備える電子写真装置用現像部材であって、
   前記表面層両端部であって、シールと接触する部分に、端部処理剤としてＳｉアクリル樹脂を含むイソシアネート又はＳｉアクリル樹脂を含む熱可塑性ウレタンで処理した端部コート層を設けたことを特徴とする電子写真装置用現像部材。
2. 弾性層と、該弾性層の表面に摩擦によりトナーを帯電させる表面層とを備える電子写真装置用現像部材であって、
   前記表面層は、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し、
   前記表面層両端部であって、シールと接触する部分に、端部処理剤としてイソシアネート又は熱可塑性ウレタンで処理した端部コート層を設けたことを特徴とする電子写真装置用現像部材。
3. バインダー樹脂にイオン導電材とカーボンを添加することを特徴とする請求項２記載の電子写真装置用現像部材。
4. 弾性層が、熱硬化型ウレタン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電子写真装置用現像部材。
5. 端部コート層は、表面層の端から１０ｍｍ以内に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電子写真装置用現像部材。
6. 現像ローラであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電子写真装置用現像部材。