JP2019045717A - 帯電部材、帯電装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
請求項1に係る発明は、
導電性芯体と、前記導電性芯体の外周に導電性弾性層と表面層とをこの順に有し、前記表面層が、導電性粒子を含有し、前記表面層の厚さ方向の断面における前記導電性粒子の最近接重心間距離の平均が200nm以下であり、前記最近接重心間距離の195nm以上205nm未満となる頻度が7.0%以下である帯電部材である。
前記表面層における前記導電性粒子の最近接重心間距離の平均が、60nm以上150nm以下である請求項1に記載の帯電部材である。
前記表面層における前記導電性粒子の最近接重心間距離の平均が、100nm以上140nm以下である請求項2に記載の帯電部材である。
前記導電性粒子の数平均粒径が、10nm以上50nm以下である請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の帯電部材である。
前記導電性粒子の数平均粒径が、20nm以上40nm以下である請求項4に記載の帯電部材である。
前記導電性粒子が、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛、及び、カーボンブラックよりなる群から選ばれた少なくとも1種の材質を含む粒子である請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の帯電部材である。
前記導電性粒子が、酸化スズ粒子である請求項6に記載の帯電部材である。
前記表面層における導電性粒子の含有量が、前記表面層の全質量に対し、25質量%以上50質量%以下である請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の帯電部材である。
前記表面層における導電性粒子の含有量が、前記表面層の全質量に対し、30質量%以上40質量%以下である請求項8に記載の帯電部材である。
請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の帯電部材を有し、接触帯電方式により電子写真感光体を帯電させる帯電装置である。
電子写真感光体と、請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の帯電部材を有し、接触帯電方式により前記電子写真感光体を帯電させる帯電装置と、を備え、画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジである。
電子写真感光体と、請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の帯電部材を有し、接触帯電方式により前記電子写真感光体を帯電させる帯電装置と、帯電した前記電子写真感光体の表面に潜像を形成する潜像形成装置と、前記電子写真感光体の表面に形成された潜像を、トナーを含む現像剤により現像して、前記電子写真感光体の表面にトナー像を形成する現像装置と、前記電子写真感光体の表面に形成されたトナー像を記録媒体に転写する転写装置と、を備える画像形成装置である。
請求項2に係る発明によれば、前記表面層における前記導電性粒子の最近接重心間距離の平均が60nm未満であるか、又は、150nmを超える場合に比べ、長期にわたりカブリ抑制性により優れる帯電部材が提供される。
請求項3に係る発明によれば、前記表面層における前記導電性粒子の最近接重心間距離の平均が100nm未満であるか、又は、120nmを超える場合に比べ、長期にわたりカブリ抑制性により優れる帯電部材が提供される。
請求項4に係る発明によれば、前記導電性粒子の数平均粒径が10nm未満であるか、又は、50nmを超える場合に比べ、長期にわたりカブリ抑制性により優れる帯電部材が提供される。
請求項5に係る発明によれば、前記導電性粒子の数平均粒径が20nm未満であるか、又は、40nmを超える場合に比べ、長期にわたりカブリ抑制性により優れる帯電部材が提供される。
請求項6に係る発明によれば、前記導電性粒子が金属粒子である場合に比べ、長期にわたりカブリ抑制性により優れる帯電部材が提供される。
請求項7に係る発明によれば、前記導電性粒子の材質が酸化チタン、酸化亜鉛又はカーボンブラックである場合に比べ、長期にわたりカブリ抑制性により優れる帯電部材が提供される。
請求項8に係る発明によれば、前記表面層における導電性粒子の含有量が、前記表面層の全質量に対し、25質量%未満であるか、又は、50質量%を超える場合に比べ、長期にわたりカブリ抑制性により優れる帯電部材が提供される。
請求項9に係る発明によれば、前記表面層における導電性粒子の含有量が、前記表面層の全質量に対し、30質量%未満であるか、又は、40質量%を超える場合に比べ、長期にわたりカブリ抑制性により優れる帯電部材が提供される。
請求項11に係る発明によれば、用いる帯電部材の表面層の厚さ方向の断面における導電性粒子の最近接重心間距離が195nm以上205nm未満となる頻度が8.2%又は9.2%であるものに比べ、長期にわたりカブリ抑制性に優れるプロセスカートリッジが提供される。
請求項12に係る発明によれば、用いる帯電部材の表面層の厚さ方向の断面における導電性粒子の最近接重心間距離が195nm以上205nm未満となる頻度が8.2%又は9.2%であるものに比べ、長期にわたりカブリ抑制性に優れる画像形成装置が提供される。
本明細書において、「電子写真感光体」を単に「感光体」ともいう。本明細書において、帯電部材の「軸方向」とは、帯電部材の回転軸の方向を意味する。
また、本明細書において「導電性」とは、20℃における体積抵抗率が1×1014Ωcm以下であることを意味する。
本実施形態に係る帯電部材は、導電性芯体と、前記導電性芯体の外周に導電性弾性層と表面層とをこの順に有し、前記表面層が、導電性粒子を含有し、前記表面層の厚さ方向の断面における前記導電性粒子の最近接重心間距離の平均が200nm以下であり、前記最近接重心間距離の195nm以上205nm未満となる頻度が7.0%以下である。
これに対して、本実施形態に係る帯電部材は、上記構成により、長期にわたりカブリ抑制性に優れる。その理由は、定かではないが、以下に示すように推測される。
表面層は、その層内に導電性粒子を分散させて電気的な安定性を得る場合が多いが、そのような構造の場合、表面層内の構造トラップ、すなわち、表面層内の導電性粒子の分散状態の局在化により導電しやすい部分と導電しにくい部分とが生じ、導電しにくい部分において電荷が滞留する現象を起因とする表面層における電荷の蓄積(以下、「チャージアップ」とも称する)が使用中に発生する場合がある。特に連続的に使用した場合にこの現象は発生しやすく、表面層のチャージアップが発生すると、帯電部材に掛かる電界が著しく低下し、帯電部材と感光体の間の放電現象が発生しにくい状況となり、帯電能力の低下が発生すると推定される。本実施形態では、このような現象を回避するための、表面層に含まれる導電性粒子の分散構造として、表面層の厚さ方向の断面における前記導電性粒子の最近接重心間距離の平均が200nm以下とし、かつ、前記最近接重心間距離の195nm以上205nm未満となる頻度が7.0%以下とすることにより、前記表面層におけるチャージアップが抑制され、帯電性が悪化した場合に発生する非画像部における色点の発生(カブリ)が抑制され、長期にわたりカブリ抑制性に優れると推定している。
また、本実施形態に係る帯電部材は、接触帯電方式用帯電部材であることが好ましい。
本実施形態に係る帯電部材における表面層は、導電性粒子を含有し、前記表面層の厚さ方向の断面における前記導電性粒子の最近接重心間距離の平均が200nm以下であり、前記最近接重心間距離の195nm以上205nm未満となる頻度が7.0%以下である。
また、得られた最近接重心間距離の分布において、最近接重心間距離が195nm以上205nm未満である場合の全体に対する頻度(%)を算出する。
表面層に含まれる導電性粒子としては、体積抵抗率1×109Ωcm以下の導電性粒子が好ましい。
導電性粒子としては、例えば、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛等の金属酸化物あるいはそれらの混合物からなる粒子、カーボンブラック等を用いることができる。
中でも、導電性粒子は、長期にわたるカブリ抑制性の観点から、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛、及び、カーボンブラックよりなる群から選ばれた少なくとも1種の材質を含む粒子であることが好ましく、酸化スズ、酸化チタン、及び、酸化亜鉛よりなる群から選ばれた少なくとも1種の材質を含む粒子であることがより好ましく、酸化スズ、酸化チタン、及び、酸化亜鉛よりなる群から選ばれた少なくとも1種の材質からなる粒子であることが更に好ましく、酸化スズ粒子であることが特に好ましい。
本実施形態における粒子の数平均粒径の測定方法は、レーザ回折式粒度分布測定装置(例えば、ベックマン・コールター社製、LS13 320)を用いて粒度分布を測定し、粒度分布の各ピークについて数平均粒径を求める。数平均粒径の算出は、分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、各ピークの小粒径側から個数について累積分布を引き、各ピークの全粒子に対して累積50%となる粒径を、対応する粒子の数平均粒径とする。
また、前記表面層における導電性粒子の含有量は、長期にわたるカブリ抑制性の観点から、後述する結着樹脂100質量部に対して、10質量部以上120質量部以下が好ましく、40質量部以上110質量部以下がより好ましく、50質量部以上100質量部以下が更に好ましい。
これらの中でも、長期にわたるカブリ抑制性、及び、導電性粒子の分散性の観点から、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリエチレン及びポリウレタンよりなる群から選ばれた樹脂が好ましく、ポリアミドがより好ましい。
結着樹脂は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
導電性粒子以外の粒子としては、帯電部材の表面性状の観点から、樹脂粒子が好ましく、ポリアミド粒子がより好ましい。
また、導電性粒子以外の粒子は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
表面層におけるポリアミド粒子等の樹脂粒子の含有量は、結着樹脂100質量部に対して、3質量部以上50質量部以下が好ましく、10質量部以上30質量部以下がより好ましい。
樹脂脂粒子の平均一次粒径は、マルチサイザーII(ベックマン−コールター社製)測定装置を用い、個数基準で測定するものとする。
表面層の体積抵抗率は、1×105Ωcm以上1×108Ωcm以下が好ましい。
表面層形成用組成物を導電性弾性層上に塗布する方法としては、ロールコーティング法、ブレードコーティング法、ワイヤーバーコーティング法、スプレーコーティング法、浸漬塗布法、ビードコーティング法、エアーナイフコーティング法、カーテンコーティング法等の通常の方法を用いることができる。ロールコーティング法、及び、浸漬塗布法は、欠陥の少ない膜を効率的に形成できるため好ましく適用できる。
上記の表面層形成方法において、表面層形成用組成物を乾燥させる際の加熱温度は、60℃乃至100℃の範囲が好ましい。加熱時間は、15分間乃至60分間の範囲が好ましい。
ビーズミルに使用するビーズの材質は、特に制限はなく、公知の材質であればよいが、ガラスが好ましく挙げられる。
ビーズミルに使用するビーズ径としては、大きいものが好ましい。具体的には、ビーズ径が、0.5mm以上3.0mm以下であることが好ましく、1.0mm以上2.5mm以下であることがより好ましく、1.1mm以上2.0mm以下であることが特に好ましい。
また、ビーズミルにおける撹拌機構の回転数は、1,200rpm(回毎分)以上であることが好ましく、1,200rpm以上3,000rpm以下であることがより好ましい。
更に、ビーズミルにおける処理時間(分散時間)は、特に制限はなく、使用するビーズや撹拌機構の回転数等に応じて設定すればよいが、10分〜24時間であることが好ましく、45分〜6時間であることがより好ましい。
導電性弾性層は、導電性芯体上に配置された層である。導電性弾性層は、導電性芯体の外周面上に直接配置されていてもよく、接着層を介して導電性芯体の外周面上に配置されていてもよい。
電子導電剤としては、ファーネスブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、カラーブラック等のカーボンブラック;熱分解カーボン;グラファイト;アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス鋼等の金属又は合金;酸化スズ、酸化インジウム、酸化チタン、酸化スズ−酸化アンチモン固溶体、酸化スズ−酸化インジウム固溶体等の金属酸化物;絶縁物質の表面を導電化処理した物質;などの粉末が挙げられる。
イオン導電剤としては、テトラエチルアンモニウム、ラウリルトリメチルアンモニウム、ベンジルトリアルキルアンモニウム等の過塩素酸塩又は塩素酸塩;リチウム、マグネシウム等のアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の過塩素酸塩又は塩素酸塩;などが挙げられる。
導電剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
導電剤は、平均一次粒径が1nm以上200nm以下であることが好ましい。
導電性弾性層におけるイオン導電剤の含有量は、弾性材料100質量部に対して、0.1質量部以上5質量部以下が好ましく、0.5質量部以上3質量部以下がより好ましい。
導電性弾性層における加硫促進剤の含有量は、弾性材料100質量部に対して、0.01質量部以上10質量部以下が好ましく、0.1質量部以上6質量部以下がより好ましい。
導電性弾性層における加硫促進助剤の含有量は、弾性材料100質量部に対して、0.5質量部以上20質量部以下が好ましく、1質量部以上15質量部以下がより好ましい。
導電性弾性層における充填剤の含有量は、弾性材料100質量部に対して、5質量部以上60質量部以下が好ましく、10質量部以上60質量部以下がより好ましい。
導電性弾性層の体積抵抗率は、1×103Ωcm以上1×1014Ωcm以下が好ましい。
導電性弾性層と導電性芯材との間に介在する接着層としては、樹脂層が挙げられ、具体的には、ポリオレフィン、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ニトリルゴム、塩素ゴム、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリエステル、フェノール樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂層が挙げられる。接着層は、導電剤(例えば、前述の電子導電剤又はイオン導電剤)を含有していてもよい。
導電性芯材は、帯電部材の電極及び支持体として機能する導電性部材である。
導電性芯材は、中空状の部材であってもよいし、非中空状の部材であってもよい。
本実施形態に係る帯電装置は、本実施形態に係る帯電部材を有し、接触帯電方式により電子写真感光体を帯電させる帯電装置である。
本実施形態に係る画像形成装置は、本実施形態に係る帯電装置を有するものであれば特に制限はないが、電子写真感光体と、本実施形態に係る帯電部材を備え、接触帯電方式により前記電子写真感光体を帯電させる帯電装置と、帯電した前記電子写真感光体の表面に潜像を形成する潜像形成装置と、前記電子写真感光体の表面に形成された潜像を、トナーを含む現像剤により現像して、前記電子写真感光体の表面にトナー像を形成する現像装置と、前記電子写真感光体の表面に形成されたトナー像を記録媒体に転写する転写装置と、を備えることが好ましい。
本実施形態に係るプロセスカートリッジは、現像装置、感光体のクリーニング装置、感光体の除電装置、転写装置等から選択される少なくとも1つの装置を更に備えていてもよい。
感光体401aの周囲には、感光体401aの回転方向に順に、帯電ロール402a、現像装置404a、1次転写ロール410a、クリーニングブレード415aが配置されている。1次転写ロール410aは、中間転写ベルト409を介して感光体401aに押圧している。現像装置404aには、トナーカートリッジ405aに収容されたトナーが供給される。
本実施形態に係る画像形成装置に適用される現像剤は、特に限定されない。現像剤は、トナーのみを含む一成分現像剤でもよく、トナーとキャリアとを混合した二成分現像剤でもよい。
<実施例1>
−導電性弾性層の形成−
・エピクロルヒドリンゴム(Hydrin T3106、日本ゼオン(株)製):100質量部
・カーボンブラック(旭♯60、旭カーボン(株)製、平均粒径:45nm):6質量部
・炭酸カルシウム(ホワイトンSB、白石カルシウム社製):20質量部
・イオン導電剤(BTEAC、ベンジルトリエチルアンモニウムクロライド、ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ(株)製):5質量部
・加硫促進剤:ステアリン酸(日油(株)製):1質量部
・加硫剤:硫黄(パルノックR、大内新興化学工業(株)製):1質量部
・加硫促進剤:酸化亜鉛:1.5質量部
上記に示した組成の混合物をオープンロールで混練りし、SUS303により形成された直径8mmの導電性支持体表面に接着層を介してプレス成形機を用いて直径13mmのロールを形成した後、170℃で70分間加熱、その後研磨(条件A)により直径12mmのロールとし、導電性弾性層を形成し、導電性弾性ロールAを得た。
・結着樹脂:N−メトキシメチル化ナイロン1(F30K、ナガセケムテックス(株)製):100質量部
・導電性粒子:酸化スズ(S−2000、三菱マテリアル電子化成(株)製、数平均粒径:30nm):70質量部
・粗さ形成粒子:ポリアミド粒子(ポリアミド12、アルケマ社製、平均一次粒径:5.0μm):5質量部
上記組成の混合物をメタノールで希釈し、ビーズミルにて下記条件にて分散した。
・ビーズ材質:ガラス
・ビーズ径:1.3mm
・プロペラ回転数:2,000rpm(回毎分)
・分散時間:60min
上記で得られた分散液を前記導電性弾性ロールAの表面に浸漬塗布した後、100℃で30分間加熱乾燥し、厚さ6μmの表面層を形成し、実施例1の帯電部材(帯電ロール1)を得た。
表面層の形成において、分散条件のうちプロペラ回転数を1,500rpmとした以外は実施例1と同様の方法で、実施例2の帯電部材を得た。
表面層の形成において、導電性粒子を酸化亜鉛(テイカ(株)製、数平均粒径:42nm)90部とした以外は実施例1と同様の方法で、実施例3の帯電部材を得た。
表面層の形成において、分散条件のうち分散時間を45minとした以外は実施例1と同様の方法で、実施例4の帯電部材を得た。
表面層の形成において、分散条件のうち分散時間を90minとした以外は実施例1と同様の方法で、実施例5の帯電部材を得た。
表面層の形成において、導電性粒子を酸化スズ(三井金属工業(株)製、数平均粒径:55nm)とした以外は実施例1と同様の方法で、実施例6の帯電部材を得た。
表面層の形成において、導電性粒子を酸化チタン(テイカ(株)製、数平均粒径:30nm)とした以外は実施例1と同様の方法で、実施例7の帯電部材を得た。
表面層の形成において、導電性粒子を110部とした以外は実施例1と同様の方法で、実施例8の帯電部材を得た。
表面層の形成において、分散条件のうちビーズ材質をジルコニアとし、ビーズ径を1.0mmとした以外は実施例1と同様の方法で、比較例1の帯電部材を得た。
表面層の形成において、分散条件のうちビーズ径を1.0mmとし、プロペラ回転数を1,000rpmとした以外は実施例1と同様の方法で、比較例2の帯電部材を得た。
表面層の形成において、導電性粒子を50部とし、分散条件のうちビーズ材質をジルコニアとし、ビーズ径を1.0mmとし、プロペラ回転数を1,000rpmとし、分散時間を30minとした以外は実施例1と同様の方法で、比較例3の帯電部材を得た。
表面層の形成において、分散条件のうち分散時間を30minとした以外は比較例1と同様の方法で、比較例4の帯電部材を得た。
−集束イオンビーム加工装置を備えた走査型電子顕微鏡(FIB−SEM)による導電性粒子の可視化、及び、導電性粒子の粒子解析−
表面層の厚さ方向の断面における最近接重心間距離の測定は、断面の導電性粒子可視化として、FEI社製FIB−SEM Helios NanoLab 600iにてFIB加工及びSEM観察を実施した。SEM観察は、表面層の厚さ方向の断面における導電性粒子(凝集体)が観察可能な拡大倍率である2,000倍で観察した。得られた2次元画像を、MediaCybernetics社製画像解析ソフトImage−Pro Plusに導入し、導電性粒子の粒径や座標情報を取得し、各々の重心点を導出し、そこから重心点間距離を算出し、各々の粒子の距離で最も近い値を最近接重心間距離とした。200個以上の導電性粒子について、それぞれ得られた最近接重心間距離の値を平均し、最近接重心間距離の平均の値とした。
また、得られた最近接重心間距離の分布において、最近接重心間距離が195nm以上205nm未満である場合の全体に対する頻度(%)を算出した。
富士ゼロックス(株)製の画像形成装置であるDocuCentre 505aの改造機に上記実施例又は比較例で得られた帯電部材を組みこんで、低温低湿(10℃15%RH)の条件下にて画像密度60%のA4ハーフトーン画像を10,000枚出力した後、白紙を1枚出力した。白紙上に発生した色点の数からカブリ特性を評価した。
G0:カブリ(色点)が未発生
G1:1箇所以上3箇所以下のカブリ(色点)発生
G2:4箇所以上10箇所以下のカブリ(色点)発生
G3:11箇所以上20箇所以下のカブリ(色点)発生
G4:21箇所以上のカブリ(色点)発生
長期にわたるカブリ抑制性は、G0、G1及びG2で使用上問題無いレベルである。
Claims (12)
- 導電性芯体と、
前記導電性芯体の外周に導電性弾性層と表面層とをこの順に有し、
前記表面層が、導電性粒子を含有し、
前記表面層の厚さ方向の断面における前記導電性粒子の最近接重心間距離の平均が200nm以下であり、
前記最近接重心間距離の195nm以上205nm未満となる頻度が7.0%以下である
帯電部材。 - 前記表面層における前記導電性粒子の最近接重心間距離の平均が、60nm以上150nm以下である請求項1に記載の帯電部材。
- 前記表面層における前記導電性粒子の最近接重心間距離の平均が、100nm以上140nm以下である請求項2に記載の帯電部材。
- 前記導電性粒子の数平均粒径が、10nm以上50nm以下である請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の帯電部材。
- 前記導電性粒子の数平均粒径が、20nm以上40nm以下である請求項4に記載の帯電部材。
- 前記導電性粒子が、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛、及び、カーボンブラックよりなる群から選ばれた少なくとも1種の材質を含む粒子である請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の帯電部材。
- 前記導電性粒子が、酸化スズ粒子である請求項6に記載の帯電部材。
- 前記表面層における導電性粒子の含有量が、前記表面層の全質量に対し、25質量%以上50質量%以下である請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の帯電部材。
- 前記表面層における導電性粒子の含有量が、前記表面層の全質量に対し、30質量%以上40質量%以下である請求項8に記載の帯電部材。
- 請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の帯電部材を有し、接触帯電方式により電子写真感光体を帯電させる帯電装置。
- 電子写真感光体と、
請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の帯電部材を有し、接触帯電方式により前記電子写真感光体を帯電させる帯電装置と、
を備え、
画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジ。 - 電子写真感光体と、
請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の帯電部材を有し、接触帯電方式により前記電子写真感光体を帯電させる帯電装置と、
帯電した前記電子写真感光体の表面に潜像を形成する潜像形成装置と、
前記電子写真感光体の表面に形成された潜像を、トナーを含む現像剤により現像して、前記電子写真感光体の表面にトナー像を形成する現像装置と、
前記電子写真感光体の表面に形成されたトナー像を記録媒体に転写する転写装置と、
を備える画像形成装置。
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---|---|---|---|---|
JPH10213948A (ja) * | 1997-01-31 | 1998-08-11 | Ricoh Co Ltd | 帯電用部材 |
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JP2017058642A (ja) * | 2015-09-18 | 2017-03-23 | 富士ゼロックス株式会社 | 帯電部材、帯電装置、画像形成装置及びプロセスカートリッジ |
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- 2017-09-04 JP JP2017169497A patent/JP2019045717A/ja active Pending
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