JP2016057627A - 導電性部材、プロセスカートリッジ、電子写真装置及び付加硬化型シリコーンゴム混合物 - Google Patents
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Abstract
Description
導電性の基体、導電性の弾性層および樹脂層をこの順に有している電子写真用の導電性部材であって、該弾性層は、
下記(a)〜(d)の成分を含む付加硬化型シリコーンゴム混合物の硬化物を含み、
(a)1分子中にケイ素原子に結合したアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサン;
(b)1分子中にケイ素原子に結合した水素原子を含有するオルガノポリシロキサン;
(c)カーボンブラック;及び
(d)球状の中実の無機粒子、
該付加硬化型シリコーンゴム混合物において、
該(c)成分の含有量は、該(a)成分および該(b)成分の質量の総和に対して、2.0質量%以上、60.0質量%以下であり、
該(d)成分の含有量は、該(a)成分および該(b)成分の質量の総和に対して、0.4質量%以上、20.0質量%以下であり、
該(d)成分は、
個数平均粒径が1μm以上、100μm以下、
比重が1.5以上、かつ、
真球度が、0.8以上である、電子写真用の導電性部材が提供される。
下記(a)〜(d)の成分を含む付加硬化型シリコーンゴム混合物であって、
(a)1分子中にケイ素原子に結合したアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサン;
(b)1分子中にケイ素原子に結合した水素原子を含有するオルガノポリシロキサン;
(c)カーボンブラック;及び
(d)球状の中実の無機粒子;
該付加硬化型シリコーンゴム混合物において、
該(c)成分の含有量は、該(a)成分および該(b)成分の質量の総和に対して、2.0質量%以上、60.0質量%以下であり、
該(d)成分の含有量は、該(a)成分および該(b)成分の質量の総和に対して、0.4質量%以上、20.0質量%以下であり、
該(d)成分は、
個数平均粒径が1μm以上、100μm以下、
比重が1.5以上、かつ、
真球度が、0.8以上である、付加硬化型シリコーンゴム混合物が提供される。
下記(a)〜(d)の成分を含む付加硬化型シリコーンゴム混合物の硬化物を含む:
(a)1分子中にケイ素原子に結合したアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサン;
(b)1分子中にケイ素原子に結合した水素原子を含有するオルガノポリシロキサン;
(c)カーボンブラック;及び
(d)球状の中実の無機粒子。
該(c)成分の含有量は、該(a)成分および該(b)成分の質量の総和に対して、2.0質量%以上、60.0質量%以下であり、
該(d)成分の含有量は、該(a)成分および該(b)成分の質量の総和に対して、0.4質量%以上、20.0質量%以下であり、
該(d)成分は、個数平均粒径が1μm以上、100μm以下、比重が1.5以上、かつ、
真球度が、0.8以上である。
(a)1分子中にケイ素原子に結合したアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサン;
(b)1分子中にケイ素原子に結合した水素原子を含有するオルガノポリシロキサン;
(c)カーボンブラック;及び
(d)球状の中実の無機粒子;
該付加硬化型シリコーンゴム混合物において、
該(c)成分の含有量は、該(a)成分および該(b)成分の質量の総和に対して、2.0質量%以上、60.0質量%以下であり、
該(d)成分の含有量は、該(a)成分および該(b)成分の質量の総和に対して、0.4質量%以上、20.0質量%以下であり、
該(d)成分は、個数平均粒径が1μm以上、100μm以下、比重が1.5以上、かつ、
真球度が、0.8以上である。
(a)成分は、1分子中にケイ素原子に結合したアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンである。その分子量は特に限定されないが、重量平均分子量(Mw)が1万以上100万以下であることが好ましく、特には、5万以上70万以下であることが好ましい。
(b)成分は、1分子中にケイ素原子に結合した水素原子を含有するオルガノポリシロキサン(以下、オルガノハイドロジェンポリシロキサンとも呼ぶ)である。
(c)成分は、導電性部材の弾性層に導電性及び補強性を付与するためのカーボンブラックである。
(d)成分は、比重が1.5以上であり後に定義する真球度が0.8以上であり、個数平均粒子径が1μm〜100μmの無機粒子である。無機粒子としては、以下のものを挙げることができる。ゼオライト、シリカ、ジルコニア、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化チタン、チタン酸バリウム、ガラス、酸化亜鉛、酸化カルシウム、酸化スズ、酸化銅、酸化鉄、酸化鉛、酸化マンガン、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム、アルミニウム、銅、鉄、チタン、ヨウ化亜鉛、ヨウ化スズ、ヨウ化鉛、ヨウ化銅。
本発明に用いる導電性の基体1は、弾性層2及び樹脂層3を支持しトナーを搬送するために必要な強度と、電極と成り得る導電性とを有しているものであれば特に制限なく使用することができる。その材質としては、例えばアルミニウム、銅、ステンレス鋼、鉄等の金属または合金、あるいは導電性合成樹脂等を挙げることができる。これらの材質にクロムやニッケルで鍍金処理を施したものでもよい。なお、導電性の基体とその外側に形成される弾性層とを接着させる目的で、プライマーを導電性の基体に塗布してもよい。プライマーの例としては、例えばシランカップリング系のプライマーが挙げられる。導電性の基体の大きさは特に限定されないが、例えば、外径4〜20mm程度、長さ200〜380mm程度である。
導電性の基体1上に弾性層2を形成する方法としては、型成形法、押出成形法、射出成形法、塗工成形法が挙げられる。また、導電性の基体上にリング形状の塗工ヘッドを用いて、未硬化状態で流動性を有するシリコーンゴム混合物を被覆し硬化させることにより形成させる手法も挙げられる。弾性層2の表面は、樹脂層3との密着性向上の観点から、表面研磨や、コロナ処理、フレーム処理、エキシマ処理等の表面改質方法によって改質することもできる。
本発明における導電性部材の樹脂層について説明する。樹脂層の材質としては、以下のものを挙げることができる。スチレン系樹脂、ビニル系樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、繊維素系樹脂、アクリル系樹脂の如き熱可塑性樹脂。エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ポリウレタン樹脂、尿素樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂の如き熱または光硬化性樹脂など。これらは一種のみを用いてもよく、二種以上を併用してもよい。
図6は、本発明に係る導電性部材を現像ローラとして使用したプロセスカートリッジの断面図である。図6に示したプロセスカートリッジ17は、現像ローラ16、現像ブレード21、及び電子写真感光体18、クリーニングブレード26、廃トナー収容容器25、および、帯電ローラ24が一体化されている。また、当該プロセスカートリッジは、電子写真画像形成装置の本体に着脱可能に構成されている。現像装置22は、トナー容器20を含み、トナー容器20中には、トナー15が充填されている。トナー容器20中のトナーは、トナー供給ローラ19によって現像ローラ16の表面に供給され、現像ブレード21によって、現像ローラ16の表面に所定の厚みのトナーの層が形成される。
<軸芯体の準備>
軸芯体として、外径6mm、長さ278.9mmのSUS304製の芯金にプライマー(商品名:DY35−051、東レ・ダウコーニング株式会社製)を塗布し、170℃で20分間焼き付けしたものを準備した。
・無機粒子の準備
本検討に用いた粒子は、様々な粒径、比重、真球度を持つ粒子について検討を行った。本検討に用いた粒子とその物性を表1に示す。
下記表2に示した材料を配合し、シリコーンゴム混合物1を得た。
準備した軸芯体を内径12mmの円筒状金型内に同心となるように設置した。弾性層の原料としてシリコーンゴム混合物1を用い、該組成物を金型内に注入した。115℃で5分加熱成型した後、金型を50℃まで冷却し、軸芯体と一体となった弾性層を金型から取り出した。これにより、軸芯体の外周に直径12mmの弾性層を設けた。
樹脂層の材料として、ポリエステルポリオール(商品名:ニッポラン3027、日本ポリウレタン工業(株)製)100.0質量部、MDI系ポリイソシアネート(商品名:C2521、日本ポリウレタン工業(株)製)102.6質量部、カーボンブラック(商品名:MA230、三菱化学(株)製)50質量部を撹拌混合した。その後、この混合液を固形分30質量%になるようにメチルエチルケトン(MEK)に溶解し、混合した後、サンドミルにて均一に分散した。この混合液にさらにMEKを加え、固形分を25質量%に調整した。この混合液にポリウレタン樹脂粒子(商品名:アートパールC400(体積平均粒子径14μm)、根上工業株式会社製)20質量部を加え、ボールミルで攪拌分散して、表面層用塗布液を得た。
シリコーンの重量平均分子量Mw、数平均分子量Mn、及び分子量分布Mw/Mnは、Gel Permeation Chromatography(浸透クロマトグラフィー)を用いた測定から得ることができる。具体的には、GPCカラム(TSKgel SuperHM−m:東ソー株式会社製)2本を直列につないだ高速液体クロマトグラフ分析装置(HLC−8120GPC:東ソー株式会社製)を用いる。
図2に、本発明に係る導電性部材のカーボンブラック含有量・無機微粒子含有量の測定手法の一部を示す概略図を示す。図2に示すように、導電性ゴム層部11の長手方向4分位点の各々において、導電性ゴム層部(表面付近、表面と軸芯体の中間、軸芯体付近)の3ヶ所、計9箇所から、それぞれサンプル10mgを試料として採取した。JIS K6227:1998に準拠して、理学電気株式会社製「ThermoPlus2 TG8120」(商品名)を用いて測定し、9つの試料の測定値の相加平均値を測定データとした。測定条件は、窒素ガスを200ml/minで流しながら、50℃で5分間キープし、その後50℃/minで800℃まで昇温させる。さらに、50℃/minで300℃まで冷却し、5分間保持し安定させる。次に窒素ガスをエアーに切り替え200ml/minで流しながら同様に50℃/minで900℃まで昇温する。2回目の温度上昇時(エアー中)の重量減少によりゴム成分中のカーボンブラック重量の情報が得られ、構成物質全体との比率の関係から、カーボンブラックの含有量(質量%)が得られる。また試料測定後に、燃焼せずに残った物質の重量より無機粒子の含有量(質量%)が得られる。
カーボンブラック含有量・無機粒子含有量の測定時に得られた残留物(灰分)が無機粒子である。これを走査型電子顕微鏡で観察する。得られた2次元画像から、粒子同士が重なり合っていないものを無作為に100個選び出す。得られた2次元画像の粒子をはさむ一定方向の二本の平行線の距離から定方向接線径(Feret径)を測定し、各粒子の粒径とする。こうして得られた100個の粒径の相加平均値を、本発明における個数平均粒子径とする。
カーボンブラック含有量・無機粒子含有量の測定時に得られた残留物(灰分)が無機粒子である。これを走査型電子顕微鏡で観察する。観察時の倍率は、粒子の粒径に応じて適宜選択することが好ましい。下記表3に、粒子の粒径と観察時の好ましい倍率との関係を示す。
測定前に15℃、10%RH環境下に、導電性部材を24時間放置して以下の測定を行う。該環境下において、図4(a)に示す抵抗測定機を用いて、樹脂層を形成していない導電性部材5の軸芯体の両端にそれぞれ4.9Nの荷重をかけて直径30mmの金属ドラム6に当接させて設置する。金属ドラム6を25rpmで回転させ、導電性部材5を従動回転させる。金属ドラム6とグランドとの間に導電性ローラ5の電気抵抗に対して2桁以上電気抵抗が低い既知の電気抵抗を有する抵抗器Rを接続する。定電圧源12から導電性部材5の軸芯体に−50Vの電圧(定電圧)を印加し、抵抗器Rの両端の電位差をデジタルマルチメーターDMM(例えばFLUKE社製 189TRUE RMS MULTIMETER)を用いて計測する。ただしこの際、電位差の測定値は印加電圧の1/100以下となるよう、抵抗Rの値を使用する。電位差の計測値と抵抗器Rの電気抵抗から、導電性部材5を介して金属ドラム6に流れた電流を計算により求め、その電流と印加電圧50Vから導電性部材5の抵抗値を求める。デジタルマルチメーターでの測定は、電圧印加2秒後から3秒間サンプリングを行う。この際、サンプリング速度は100Hzで行う。導電性部材の抵抗値は、3秒間サンプリングした電流値の平均値からと印加電圧より計算する。また、3秒間サンプリングした電流値の最大値と最小値の比である(電流値(最大)/電流値(最少))を抵抗ムラと定義する。
測定前に15℃、10%RH環境下に、導電性部材を24時間放置して以下の測定を行う。該環境下において、図4(b)に示した抵抗測定機を用いて行った。対象の導電性部材5の軸芯体の両端にそれぞれ4.9Nの荷重をかけ圧接し、直径30mmの金属ドラム6を表面速度25rpmで回転させ、定電流電源13によって100μA(定電流)を10時間通電した後の電圧値を測定する。金属ドラム6とグランドとの間に配設した既知の抵抗器Rの両端の電位差をデジタルマルチメーターDMM(例えばFLUKE社製 189TRUE RMS MULTIMETER)を用いて計測する。ただしこの際、電位差の測定値は印加電圧の1/100以下となるよう、抵抗Rの値を使用する。そして、初期からの電圧値の変化(通電後の電圧値/初期の電圧値)を通電による電気抵抗上昇の指標とした。
通電による電気抵抗上昇の試験を行った導電性部材と、通電による電気抵抗上昇の試験を行っていない導電性部材をそれぞれ測定前に15℃、10%RH環境下に、24時間放置して以下の評価を行った。
A:ゴーストが全く認められない
B:極く軽微なゴーストが認められる
C:軽微なゴーストが認められる
D:顕著なゴーストが認められる
カーボンブラックの使用量、無機粒子の種類及び使用量を表4に記載した通りとした以外は、実施例1と同様にしてシリコーンゴム混合物を作成した。また、得られたシリコーンゴム混合物を用いて、実施例1と同様にして導電性部材を作製し、評価した。その結果を、表4に併せて示す。
無機粒子を使用せず、カーボンブラック(デンカブラック:電気化学工業株式会社)として10質量%を使用した以外、実施例1と同様にシリコーンゴム混合物を作成し、以下、実施例1と同様に比較用導電性部材1を作成した。また、評価についても、実施例1と同様に行った。
カーボンブラックの使用量、粒子の種類及び使用量を表5に記載した通りとした以外は、実施例1と同様にしてシリコーンゴム混合物を作成した。また、得られたシリコーンゴム混合物を用いて、実施例1と同様にして導電性部材を作製し、評価した。その結果を、表5に併せて示す。
2 弾性層
3 表面層
4 導電性部材
5 導電性部材
6 感光体
7 粒子の最少外接円
8 粒子の最少外接円の中心を持つ最大内接円
9 測定粒子の輪郭線
Claims (7)
- 導電性の基体、導電性の弾性層および樹脂層をこの順に有している電子写真用の導電性部材であって、該弾性層は、
下記(a)〜(d)の成分を含む付加硬化型シリコーンゴム混合物の硬化物を含み、
(a)1分子中にケイ素原子に結合したアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサン;
(b)1分子中にケイ素原子に結合した水素原子を含有するオルガノポリシロキサン;
(c)カーボンブラック;及び
(d)球状の中実の無機粒子、
該付加硬化型シリコーンゴム混合物において、
該(c)成分の含有量は、該(a)成分および該(b)成分の質量の総和に対して、2.0質量%以上、60.0質量%以下であり、
該(d)成分の含有量は、該(a)成分および該(b)成分の質量の総和に対して、0.4質量%以上、20.0質量%以下であり、
該(d)成分は、
個数平均粒径が1μm以上、100μm以下、
比重が1.5以上、かつ、
真球度が、0.8以上である、
ことを特徴とする電子写真用の導電性部材。 - 前記(d)成分が、ゼオライト、アルミナ、ジルコニアおよび、シリカの群から選択される少なくとも一つの無機粒子である請求項1に記載の導電性部材。
- 下記(a)〜(d)の成分を含む付加硬化型シリコーンゴム混合物であって、
(a)1分子中にケイ素原子に結合したアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサン;
(b)1分子中にケイ素原子に結合した水素原子を含有するオルガノポリシロキサン;
(c)カーボンブラック;及び
(d)球状の中実の無機粒子;
該付加硬化型シリコーンゴム混合物において、
該(c)成分の含有量は、該(a)成分および該(b)成分の質量の総和に対して、2.0質量%以上、60.0質量%以下であり、
該(d)成分の含有量は、該(a)成分および該(b)成分の質量の総和に対して、0.4質量%以上、20.0質量%以下であり、
該(d)成分は、
個数平均粒径が1μm以上、100μm以下、
比重が1.5以上、かつ、
真球度が、0.8以上である、
ことを特徴とする付加硬化型シリコーンゴム混合物。 - 電子写真装置の本体に着脱可能に構成されているプロセスカートリッジであって、
請求項1または2に記載の導電性部材を具備していることを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 前記プロセスカートリッジが、感光ドラムと、現像ローラとを具備しており、該現像ローラが、前記導電性部材である請求項4に記載のプロセスカートリッジ。
- 請求項1または2に記載の導電性部材を具備していることを特徴とする電子写真装置。
- 前記電子写真装置が、
電子写真感光体、
電子写真感光体を帯電する帯電部材、
該電子写真感光体に静電潜像を形成するための露光手段、及び
表面に現像剤を担持し、該電子写真感光体に形成される静電潜像を現像するための現像部材を備え、
該現像部材が、前記導電性部材である請求項6に記載の電子写真装置。
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