JP2017201390A - 現像部材、プロセスカートリッジおよび電子写真画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】該現像部材は、基体と表面層を有し、該表面層はアルミナ粒子と樹脂を含有し、該表面層はその表面に複数の凸部を有し、各々の凸部は複数個のアルミナ粒子を含み、該凸部の各々に含まれるアルミナ粒子の一部または全部が該凸部の表面に露出しており、且つ、該凸部の各々に含まれる複数のアルミナ粒子の間には該樹脂が存在している。
【選択図】図2
Description
基体の形状は、現像ローラの場合は、例えば、円柱状または中空円筒状である。基体の材質としては、例えば、アルミニウム、銅合金、ステンレス鋼の如き金属または合金;クロム、又はニッケルで鍍金処理を施した鉄;導電性を有する合成樹脂が挙げられる。基体の表面にはその外周の弾性層や表面層等との接着性を向上させるために接着層を形成してもよい。
非磁性一成分接触現像系プロセスでは、基体と表面層の間に弾性層が配置された現像部材が好適に用いられる。弾性層は、像担持体の表面に形成された静電潜像にトナーを過不足なく供給することができるように、適切なニップ幅とニップ圧をもって像担持体に押圧されるような硬度や弾性を、現像部材に付与するものである。弾性層は、通常ゴム材料の成型体により形成されていることが好ましい。
ケッチェンブラックEC、アセチレンブラックの如きカーボンブラックの如き導電性カーボン、;
SAF、ISAF、HAF、FEF、GPF、SRF、FT、MTの如きゴム用カーボン;
酸化処理を施したカラー(インク)用カーボン;
銅、銀、ゲルマニウムの如き金属およびその金属酸化物。
この中でも、少量で導電性を制御しやすいことから導電性カーボンが好ましい。
型成形法では、例えば、以下の工程を有する方法を挙げられる。
円筒状の金型の両端に、金型内に基体を保持するための駒を固定工程、
駒に注入口を形成し、その後、金型内に基体を配置し、弾性層用の材料を注入口より注入する工程、および、
該材料が硬化する温度で金型を加熱し、脱型する工程。
押出成形法では、例えば、クロスヘッド型押出機を用いて基体と弾性層用の材料を共に押し出して、該材料を硬化して、基体の周囲に弾性層を形成する方法を挙げることができる。
表面層は、樹脂とアルミナ粒子とを含有している。また、表面層は複数の凸部を表面に有し、各々の凸部は複数個のアルミナ粒子を含んでいる。また、各々の凸部に含まれているアルミナ粒子の一部または全部は、該凸部の表面に露出しており、且つ、各々の凸部に含まれるアルミナ粒子間には樹脂が存在している。
表面層に含有される樹脂としては、例えば以下の樹脂が挙げられる。ポリアミド樹脂、ナイロン樹脂、ポリウレタン樹脂、尿素樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、アルキド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、アクリル樹脂、およびこれらの混合物。これらの中でも、構造中に窒素原子を有する含窒素樹脂は、アルミナ粒子の表面との酸塩基相互作用により、アルミナ粒子の脱落を抑制できるため、好ましい。
アルミナ粒子としては、例えば、下記(i)および(ii)に挙げる粒子を好適に用い得る。
(i)αアルミナやγアルミナの如き酸化アルミニウム;ベーマイトや擬ベーマイトの酸化アルミニウム水和物の粒子;
(ii)水酸化アルミニウム;アルミニウムアルコキシドを加水分解、縮合反応により得られるアルミニウム化合物の粒子。
計算式(1)
アスペクト比=(最大長径Lm)÷(最大長径に直交する最大幅Wm)。
変動係数=(直径の標準偏差σ)÷(平均粒子径DM) ・・・(2)。
現像部材は、その表面に複数の凸部を有している。この凸部の高さは、0.02μm以上3.0μm以下であることが好ましい。この凸部の密度は、1個/μm2以上100個/μm2以下であることが好ましい。この凸部によって形成される凹凸の平均高さRc(JIS B 0601:2013に記載される、輪郭曲線要素の平均高さと同義)が、0.05μm以上2.20μm以下であることが、耐久使用後の帯電付与性の維持の観点から、好ましい。また、この平均高さRcは0.10μm以上2.00μm以下であることがより好ましい。
前述したアルミニウム原子濃度は、以下の操作(1)〜(3)により測定される。即ち、電界放出形走査電子顕微鏡(商品名:JSM−7800F、日本電子株式会社製)にて撮影された現像部材の最表面をX線微小分析システム(商品名:NORAN System 7、Thermo Fisher Scientific社製)によって元素分析することにより求めることができる。
測定部となる現像部材の表面層の最表面を傷つけないようにして表面層の3mm四方(厚みは1.0mm、ただし、現像部材の弾性層と表面層の厚みの和が1.0mm以下の場合は少なくとも表面層の厚み以上にする)をかみそりで切り出して測定試料とする。次にアルミニウム試料台(直径12.5mm×高さ5mm)に導電性ペーストを薄く塗り、その上に試料の最表面部が上になるように載せる。試料台を試料ホルダ12.5mm型にセットする。
上記電界放出形走査電子顕微鏡での観察および分析を行うために、上記電界放出形走査電子顕微鏡を構成する各室の真空度を一定値以下とする。すなわち、電子銃チャンバー(SIP−1)の真空度を、5.0×10−7Pa以下、電子銃チャンバーの真空度を悪化させないために設けてある中間室チャンバー(SIP−2)の真空度を、1.0×10−4Pa以下、試料室の真空度を、1.0×10−3Pa以下とする。
次に、上記X線微小分析システムに付属のソフトウェアにて前記測定画像を取り込み、取り込んだ500倍画像の全エリアを指定し、元素分析を実行する。次に、検出された元素の中からC、O及びAlの3元素のみを選択し、定量計算を実行する。この時得られたAlの原子濃度を本発明のアルミニウム原子濃度として取得する。以上の操作にて試料の最表面の任意の30の測定点において測定し、得られたアルミニウム原子濃度のデータの相加平均値を求め、この値を本発明でのアルミニウム原子濃度とする。
表面層に適切な導電性を付与するために、電子導電性物質やイオン導電物質を用いることができる。導電物質としては上記弾性層の場合と同様な材料、配合量を用いることができる。
上記方法で成型された表面層に対して、表面処理を行うことで最表面の樹脂を除去する。これにより、表面層の最表面に、複数のアルミナ粒子と樹脂を含む複数の凸部を形成し、各凸部を構成するアルミナ粒子の一部または全部を該凸部の表面に露出させることができる。アルミナ粒子の露出の有無は、飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF−SIMS)により確認することができる。
表面層の厚さは、0.005mm以上0.1mm以下の範囲であることが好ましい。より好ましくは0.008mm以上0.03mm以下の範囲である。表面層の厚さは、現像部材の断面観察により行うことができる。現像部材の長手方向における両端部から各1cmの位置、及び、長手方向の中心の位置の、計3箇所において、現像部材の断面をカミソリ等で切り出し、断面をデジタルマイクロスコープ(商品名:VHX−5000、(株)キーエンス製)を用いて、1000倍の倍率で観察する。これらの各断面観察像に対して、10点ずつ表面層の膜厚を計測し、計30点の測定データの算術平均により、表面層の厚さを算出することができる。
本発明の電子写真画像形成装置は、静電潜像を担持するための像担持体と、該像担持体の帯電装置と、該像担持体に静電潜像を形成するための露光装置と、該静電潜像をトナーにより現像してトナー画像を形成するための現像部材と、該トナー画像を転写材に転写するための転写装置とを有する。図3は、本発明の電子写真画像形成装置の概略を示す断面図である。
1.基体の作製
外径6mm、長さ279mm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、温度150℃で20分間加熱して、基体を得た。
前記基体を内径12.0mmの円筒状金型内に同心となるように設置した。導電性弾性層の材料として、表2に示す材料をトリミックス(商品名:TX−15 井上製作所製)で混合した付加型シリコーンゴム組成物を温度115℃に加熱した金型内に注入した。材料注入後、温度120℃にて10分間加熱成型し、室温まで冷却後、金型から脱型し、導電性基材の外周に厚み2.95mmの導電性弾性層が形成された弾性ローラ1を得た。
表3中の成分(1)の欄に示す4種類の材料を撹拌混合した。その後、固形分濃度30質量%になるようにメチルエチルケトン(Aldrich社製)に溶解し、混合した後、サンドミルにて均一に分散した。この混合液にメチルエチルケトンを加え固形分濃度25質量%に調整したものに表2中の成分(2)の欄に示す材料を加え、ボールミルで攪拌分散して、表面層用の塗料を得た。なお、表2に示す質量は、各材料とも固形分としての質量である。すなわち、各材料中に含まれる溶剤を除いた質量が表中の質量となるように秤量し使用した。
得られた現像ローラ1について、以下の評価を行った。
アルミナ粒子の平均粒子径、及び変動係数は、透過型電子顕微鏡により、現像部材の表面層中のアルミナ粒子を観察することにより行った。観察は以下の方法で行った。カミソリを用いて現像ローラの表面を1mm角程度に切り出し、これを試料支持台に固定した。固定した試料支持台を、−150℃に設定したクライオミクロトーム(型式:ULTRACUT−UCT ライカ社製)内に入れ、約10分間、冷却させた後、あらかじめクライオミクロトーム内に設置しておいたダイヤモンドナイフを用いて、現像ローラの表面部分の薄膜作成を行った。薄膜の厚みは、40nm設定とした。切削スピードは、1.0mm/minとした。
透過型電子顕微鏡による観察は、加速電圧200kV型の透過型電子顕微鏡(型式:JEM−2800,日本電子社製)を用い、TEMモードで観察した。10万倍の観察倍率において、現像ローラの最表面の部位を観察することにより、現像ローラ表面の凸部の有無及び凸部が複数個のアルミナ粒子を含むことを確認した。
続いて、観察倍率を40万倍として、アルミナ粒子500個を無作為に撮影した。これらの粒子の直径を測定し算術平均値を求めることで平均粒子径を算出した。直径を測定する際には、最大長径Lmと最大長径に直交する最大幅Wmとの平均の値を、その粒子の直径と定義し、この値を以て平均粒子径を算出した。また、ここで撮影したアルミナ粒子500個のそれぞれの直径と平均粒子径DMから標準偏差σを算出し、前記計算式(2)により変動係数を算出した。
さらに、上記透過型電子顕微鏡に付属のEELS検出器を用いたEELS分析により、現像ローラ表面の凸部のアルミナ粒子間の元素分析を行った。これにより、アルミナ粒子間における樹脂の有無を確認した。
・Energy Offset 300eV,
・Major edges 284eV,
・Slit width 20eV、
・Exposure Time 90sec。
形状測定レーザーマイクロスコープ(商品名:VK−X100、(株)キーエンス製)に、200倍の対物レンズを装着して、Z軸方向の測定ピッチを0.01μmに設定して、現像ローラ1の表面の9箇所を撮影した。得られた9箇所の3次元形状データは、本装置の解析ソフトにより解析し、Rcの値を得た。具体的には、各3次元形状データの任意の10点について、水平距離30μmの輪郭曲線を選択し、各輪郭曲線における平均高さRcを確認した。これを、9箇所の各3次元形状データに対して行い、計90個のRcの平均値を算出し、これを現像ローラ1のRcの値とした。
前記の、[原子濃度の測定]に示す方法で、現像ローラ1の表面のアルミニウム原子濃度Al%を測定した。
凸部の表面におけるアルミナ露出はTOF−SIMS(飛行時時間型二次イオン質量分析)により確認した。現像ローラの表面(縦5mm、横5mm、厚み1mm)をカミソリで切り出し、飛行時間型二次イオン質量分析装置(アルバック・ファイ社製、TORIFTIV)にセットし、1エリア(300μm角)を金イオン銃(30kV,200μA)で5分間照射し正イオンを測定した。得られたマススペクトルから、アルミニウム由来の質量数27の強度(I)と質量数0〜1500のトータルイオン強度(T)の比(I/T)を算出した。この値(I/T)をアルミナ露出指数と定義し、(I/T)が0.01以上であれば、アルミナ粒子が露出していると判断した。
現像ローラ1を、下記カラーレーザープリンタ用のプロセスカートリッジに装着し、カラーレーザープリンタ(商品名:LBP7700C、キヤノン社製)を用いてトナーへの帯電付与性を評価した。評価項目は、トナーの帯電量及びカブリ値である。尚、トナーはLBP7700Cのシアンプリントカートリッジに搭載されているシアントナーをそのまま使用した。評価手順は以下の通りである。
温度30℃、相対湿度95%の環境下に前記シアンプリントカートリッジを4時間放置後、同環境下にて印字率0%のベタ白画像を記録用紙に出力し、印字途中でカラーレーザープリンタの電源を落とす。この時の感光体と現像ローラのニップ通過前の現像ローラ上のトナーの帯電量Q/M(μC/g)を測定する。具体的なトナーの帯電量の測定は、図5に示す、軸径の異なる金属筒を同軸になるように配置した内筒42、外筒43からなる2重筒と、内筒42内に更にトナーを取り入れるためのフィルター(商品名:Thimble Filter No.86R 17×20×90 ADVANTEC社製)44を備えたファラデーケージ40を用いて、現像ローラ上のトナーをエア吸引する。ファラデーケージ40は、内筒42と外筒43が絶縁部材41で絶縁されており、フィルター44内にトナーが取り込まれると、トナーの電荷量Qによる静電誘導が生じる。この誘起された電荷量QをKEITHLEY社製のクーロンメーター、KEITHLEY 616 DIGITAL ELECTROMATERにより測定し、フィルター44内に吸引したトナー質量Mで除することにより、トナーの帯電量Q/M(μC/g)を求める。1本の現像ローラに対して、上記操作を3回繰り返しトナーの帯電量を3回測定し、それらの相加平均値を求め、現像ローラのトナー帯電量とする。
ランクB:カブリ値が1.5%以上3.0%未満である、
ランクC:カブリ値が3.0%以上4.5%未満である、
ランクD:カブリ値が4.5%以上6.0%未満である、
ランクE:カブリ値が6.0%以上である。
温度30℃、相対湿度95%の環境下にて、前記初期評価に用いたシアンプリントカートリッジを、同環境下にて0.2%の印字率の画像を記録用紙に15000枚出力する。続いて、このカートリッジを用いて0%のベタ白画像を記録用紙に出力し、印字途中でカラーレーザープリンタの電源を落とす。この時の感光体と現像ローラのニップ通過前の現像ローラ上のトナーの帯電量Q/M(μC/g)を、前記初期評価の場合と同様の方法で測定する。また、初期評価の場合の帯電量と耐久使用後の帯電量の差を算出する。さらに、カブリ値の評価も、前記初期評価の場合と同様の方法で行う。
表面層用塗料の材料として表4に示すものを使用し、実施例3〜8においては、2種類以上のアルミナ粒子を混合して用いることによりアルミナ粒子の平均粒子径及び変動係数を調整した。これら以外は、実施例1と同様の方法で、現像ローラ2〜8を作製し評価した。
表面層用塗料の材料として表4に示すものを使用し、表面層を形成する際の紫外線の照射時間を、それぞれ、30秒間(実施例9)、10分間(実施例10)、20分間(実施例11)、及び30分間(実施例12)に変更した以外は、実施例1と同様の方法で、現像ローラ9〜12を作製し評価した。
表面層用塗料の材料として表4に示すものを使用した以外は、実施例1と同様の方法で、現像ローラ13〜19を作製し評価した。
実施例1と同様にして弾性ローラ21を作製した。表5の成分(1)の欄に示す材料を撹拌混合した。その後、総固形分比30質量%になるようにメチルエチルケトン(Aldrich社製)に溶解、混合の後、サンドミルにて均一に分散した。この混合液にメチルエチルケトンを加え固形分25質量%に調整したものに表5の成分(2)の欄に示す材料を加え、ボールミルで攪拌分散して、中間層用の塗料を得た。弾性ローラ21を、この塗料中に浸漬して塗工することにより塗料の膜厚が約15μmとなるように塗布した。その後、温度130℃にて60分間加熱して、中間層付きのローラを得た。
表面層を形成する際に紫外線照射を行わなかった以外は、実施例1と同様の方法で、現像ローラ22を作製し評価した。
1.基体の作製
実施例1と同様の方法で基体23を得た。
表6に示す材料をバンバリーミキサにて混練りした後、ゴム押出機にて基体23の外周に2.77mmのゴム層を設け、160℃のオーブンで1時間加熱して、ゴムの加硫を行った。その後、加硫ゴム層に対して円筒研磨機でトラバース研磨、仕上げ研磨として鏡面研磨を施してから、水洗いした。このようにして得られたゴムローラの表面に紫外線照射を行い、ゴム層の表面に酸化膜層を形成した。この紫外線照射は、紫外線照射機(セン特殊光源(株)製「PL21−200」)を用い、ゴムローラと紫外線ランプ間の距離を10cmとして周方向90度毎に紫外線(波長184.9nmと253.7nm)を5分間照射する操作を4回繰り返すことによって行い、ローラの全周に酸化膜層を形成させた。このようにして現像ローラ23を得て、実施例1と同様の方法で評価した。
表面層用塗料の材料として表7に示すものを使用した以外は、実施例1と同様の方法で、現像ローラ24を作製し評価した。
実施例1〜19の現像ローラはいずれも、表面層にアルミナ粒子と樹脂成分を含有し、表面に複数の凸部を有していた。また、各々の凸部に複数個のアルミナ粒子を含み、凸部に含まれるアルミナ粒子が凸部の表面に露出しており、各々の凸部に含まれる複数のアルミナ粒子間に樹脂が存在しているものであった。そして、実施例1〜19の現像ローラはいずれも、耐久使用後においてもトナーに対して高い帯電付与性を示した。また、これに伴い、耐久使用後もカブリが良好であった。
2:表面層
3:基体
4:弾性層
501:アルミナ粒子
6:樹脂
21:像担持体
22:帯電部材
23:露光光
24:現像部材
28:1次転写部材
29:2次転写部材
Claims (9)
- 基体と表面層とを有する現像部材であって、
該表面層は、アルミナ粒子と樹脂とを含有し、
該現像部材は、
その表面に複数の凸部を有し、
該凸部の各々は、複数個の該アルミナ粒子を含み、
該凸部の各々の表面には、各々の該凸部に含まれてなる複数個のアルミナ粒子の一部または全部が露出しており、且つ、
該凸部の各々に含まれてなる複数個のアルミナ粒子間には、該樹脂が存在している、ことを特徴とする現像部材。 - 前記アルミナ粒子の平均粒子径が20nm以上50nm以下であり、且つ、該アルミナ粒子の粒子径分布における変動係数が0.80以下である請求項1に記載の現像部材。
- 前記凸部によって形成される凹凸の平均高さRcが0.10μm以上2.00μm以下である請求項1または請求項2に記載の現像部材。
- 前記アルミナ粒子の形状が球状である請求項1〜3のいずれか一項に記載の現像部材。
- 前記樹脂が含窒素樹脂である請求項1〜4のいずれか一項に記載の現像部材。
- 前記樹脂がポリウレタン樹脂である請求項1〜4のいずれか一項に記載の現像部材。
- 前記表面層の最表面のアルミニウム原子濃度をAl%とするとき、1.50≦Al≦10.0である請求項1〜6のいずれか一項に記載の現像部材。
- 電子写真装置の本体に着脱可能に構成されている電子写真プロセスカートリッジであって、請求項1〜7のいずれか一項に記載の現像部材を有していることを特徴とする電子写真プロセスカートリッジ。
- 静電潜像を担持するための像担持体と、該像担持体を一次帯電するための帯電装置と、一次帯電された該像担持体に静電潜像を形成するための露光装置と、該静電潜像をトナーにより現像してトナー画像を形成するための現像部材と、該トナー画像を転写材に転写するための転写装置とを有する画像形成装置において、該現像部材が請求項1〜7のいずれか一項に記載の現像部材であることを特徴とする電子写真画像形成装置。
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