JP5701077B2 - 導電性部材、プロセスカートリッジおよび電子写真装置 - Google Patents
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Description
導電性の軸芯体は、帯電ローラの表面に導電層を介して給電するために導電性を有する。表面が金属からなる導電性の軸芯体としては、例えば、鉄、銅、ステンレス、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケルなどの金属製(合金製)の部材を用いることができる。
導電層は、バインダー樹脂と、該バインダー樹脂に分散されている導電性の樹脂粒子とを含むものである。図2に示すように導電層が複数の場合、少なくとも一つの導電層がバインダー樹脂と、該バインダー樹脂に分散されている導電性の樹脂粒子とを含む構成であればよい。
バインダー樹脂は、ゴム、エラストマー、樹脂等いずれであってもよい。ゴムとしては、具体的には以下のものを例示することができる。エチレン−プロピレン−ジエン共重合体(EPDM)、ポリブタジエン、天然ゴム、ポリイソプレン、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、クロロプレン(CR)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、シリコンゴム、ウレタンゴム、エピクロロヒドリンゴム。樹脂、エラストマーとしては、具体的には以下のものを例示することができる。ブタジェン樹脂(RB)、ポリスチレン、スチレン−ブタジェン−スチレンエラストマー(SBS)、スチレン−酢酸ビニル共重合体等のポリスチレン系高分子材料;ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン系高分子材料;ポリエステル系高分子材料;ポリウレタン系高分子材料;アクリル系樹脂、ブタジェン−アクリロニトリル共重合体等のアクリル系高分子材料;及びPVC、RVC等の熱可塑性エラストマー。また、これらの2種以上を組み合わせた混合物であっても良い。
本発明に係る導電性の樹脂粒子は、ポリマー鎖中に水酸基およびカルボキシル基から選ばれる何れか一方または両方を有する樹脂を含み、該樹脂粒子の表面の該水酸基およびまたは該カルボキシル基の水素原子が、前記構造式(1)で示される基によって置換されている。
本発明に係る樹脂粒子の製造方法を以下に述べる。母粒子表面へのスルホン酸基の導入方法としては、スルトンを用いたスルホン化、スルホン酸基を有するアルキルハロゲンと母粒子表面の水酸基またはカルボキシル基との求核置換反応などが挙げられる。
導電層の表面には、表面層を設けることができる。表面層は、帯電ローラとして必要な機能性を満たす為、例えば、電気抵抗値の調整等を目的として設けられる。表面層を構成する材料としては、公知のものが使用可能であり、例えば、バインダー樹脂、導電剤、粗し剤、絶縁性の無機微粒子からなるものが挙げられる。
本発明に係る導電性部材は、電子写真装置における帯電ローラ等の帯電部材、現像ローラ等の現像部材に好適に用いることができる。また、本発明に係る導電性部材は、感光体および該感光体に当接して配置された帯電部材を備え、かつ、電子写真装置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において、当該帯電部材として好適に用い得る。さらに、本発明に係る導電性部材は、感光体と、該感光体に形成される静電潜像を現像するための現像剤を現像領域に搬送する現像部材とを備え、かつ、電子写真装置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において、該現像部材として好適に用い得る。更にまた、本発明の導電性部材は、帯電部材、現像部材以外に、転写部材、除電部材や、給紙ローラ等の搬送部材としても使用可能である。また、本発明の導電性部材を適用可能な電子写真装置としては、複写機、レーザービームプリンター、LEDプリンター、あるいは、電子写真製版システム等の電子写真応用装置等が挙げられる。
母粒子として、フェノール樹脂粒子(商品名:ベルパール;エア・ウォーター株式会社製)を用意した。このフェノール樹脂粒子を分級し、平均粒径1.2μmのフェノール樹脂粒子1を得た。1,3−プロパンスルトン15gを添加したトルエン溶液200g中に、得られたフェノール樹脂粒子1:10gを混合し、攪拌しながら、100℃で96時間加熱した。加熱終了後、室温まで冷却し、沈殿物を得た。沈殿物をメタノールで洗浄し、室温で乾燥を行い、導電性の樹脂粒子Aを得た。この操作を繰り返し実施例において使用する量の樹脂粒子Aを得た。
母粒子として、エチレン−アクリル酸共重合体粒子(商品名:フロービーズ;住友精化株式会社製)を用意した。1,3−プロパンスルトン5gを添加したトルエン溶液200g中に、この共重合体粒子10gを混合し、攪拌しながら、100℃で96時間加熱した。加熱終了後、室温まで冷却し、沈殿物を得た。沈殿物を粉砕、分級し、平均粒径1.1μmの粒子を得た。粒子をメタノールで洗浄し、室温で乾燥を行い、導電性の樹脂粒子Bを得た。この操作を繰り返し実施例において使用する量の樹脂粒子Bを得た。
母粒子として、フェノール樹脂粒子(商品名:ベルパール;エア・ウォーター株式会社製)、エチレン−アクリル酸共重合体粒子(商品名:フロービーズ;住友精化株式会社製)、ポリパラビニルフェノール樹脂粉末(商品名:マルカリンカー;丸善石油化学株式会社製)、フェノキシ樹脂(商品名:1256;ジャパンエポキシレジン株式会社製)または、ポリメタクリル酸樹脂粒子(商品名:ダイヤイオン;三菱化学株式会社製)を用意した。
1,3−プロパンスルトン15gの代わりに2−クロロエタンスルホン酸15gを、またトルエン溶液200gの代わりにジメチルホルムアミド溶液200gを用いたこと以外は製造例Aと同様にして、導電性の樹脂粒子Qを得た。
水36ml、35%塩酸2ml、エタノール200mlの混合溶液中にメルカプトプロピルトリメトキシシラン40mlを徐々に滴下し、50℃で1時間攪拌して、シランカップリング剤溶液を得た。フェノール樹脂粒子として、製造例Aと同様にして、予め分級して得られた平均粒径1.2μmのフェノール樹脂粒子110gをこのシランカップリング剤溶液中に入れて、70℃で13時間攪拌して、シランカップリング剤処理した樹脂粒子を得た。得られた樹脂粒子を、エタノール400mlと過酸化水素水100mlの混合溶液中に加え、70℃で2時間攪拌し、導電性の樹脂粒子Rを得た。この操作を繰り返し実施例において使用する量の樹脂粒子Rを得た。
(導電性弾性ローラの作成)
導電性の軸芯体として、快削鋼の表面に無電解ニッケルメッキ処理を施した全長252mm、外径6mmの円柱状の棒を用意した。導電性の軸芯体の両端部各11mmを除く部分にロールコーターを用いて導電性接着剤(ホットメルトタイプ)を塗布した。
カプロラクトン変性アクリルポリオール溶液にメチルイソブチルケトンを加え、固形分が18質量%となるように調製した。この溶液555.6質量部に下記表3に記載の材料を加えて混合溶液を調製した。尚、下記の各量は、上記アクリルポリオール溶液の固形分100質量部に対する値である。また、ブロックHDIとブロックIPDIの混合物は、「NCO/OH=1.0」となるように添加した。
図9に、帯電ローラの電気抵抗値を測定する装置の概略構成を示した。帯電ローラ901は、導電性の軸芯体902の両端部を不図示の押圧手段で直径30mmの円柱状のアルミドラム903に圧接されており、アルミドラムの回転駆動に伴って従動回転する。この状態で、帯電ローラの軸芯体部分に、外部電源904を用いて直流電圧を印加し、アルミドラムに直列に接続した基準抵抗905にかかる電圧を測定する。帯電ローラの電気抵抗値は、測定された基準抵抗の電圧から、回路に流れる電流値を求めることによって算出することができる。帯電ローラの電気抵抗値は、温度23℃、湿度50%RHの環境下で、図9の装置を使用して、軸芯体とアルミドラムの間に直流200Vの電圧を2秒印加することで測定した。このときのアルミドラムの回転数は30rpm、基準抵抗の抵抗値は1000Ωであった。データのサンプリングは、電圧印加後1秒後から1秒間に周波数20Hzで行い、得られた電気抵抗値の平均値を、帯電ローラの抵抗値とした。
帯電ローラ1を電子写真式のレーザープリンター(商品名:LBP5400、キヤノン株式会社製)に装着した。このレーザープリンターを用いて、ハーフトーン画像(感光体の回転方向と垂直方向に幅1ドット、間隔2ドットの横線を描く画像)を出力し、この画像を目視にて下記の基準で評価した。上記レーザープリンターの、記録メディアの出力スピードは250mm/sec、画像解像度は600dpiである。本画像評価は全て、低温低湿(15℃、10%RH)環境で行った。評価結果を表4に示す。
A:画像に横スジ状の線が生じていない。
B:画像の一部に軽微な横スジ状の線が生じている。
C:画像の全面に軽微な横スジ状の線が生じている。
D:画像の全面に明瞭な横スジ状の線が生じている。
上記初期画像評価に引き続いて、同じレーザープリンターを用いて、1枚の画像を出力後、レーザープリンターの感光体ドラムの回転を2秒間停止させたのち、再び画像を出力するという間欠動作を、出力枚数が40000枚となるまで繰り返した。ここで形成した画像は、A4サイズの紙上に、11ポイントのサイズのアルファベットの「E」の文字が、印字濃度1%となるように印字される画像とした。40000枚目の画像出力後、ただちに、ハーフトーン画像を形成し、当該ハーフトーン画像について目視にて上記の(初期画像評価)と同じ基準で評価した。なお、画像形成および画像評価は、低温低湿(15℃、10%RH)環境にて行った。評価結果を表4に示す。
実施例1において導電性の樹脂粒子の種類と使用量を表4のものに変更した以外は実施例1と同様にして帯電ローラ2〜12、15〜24および26を作製し、評価した。評価結果を表4に示す。
実施例1において未加硫ゴム組成物の原料を下記表5に記載の材料に変更した以外は、実施例1と同様にして帯電ローラ13を作製し、評価した。評価結果を表4に示す。
実施例13において導電性の樹脂粒子Aを導電性の樹脂粒子Kに変更した以外は、実施例1と同様にして帯電ローラ14を作製し、評価した。評価結果を表4に示す。
この実施例は、図2の構成の帯電ローラにおいて、第1の導電層が導電性の樹脂粒子を含まず、第2の導電層が導電性の樹脂粒子を含む例である。実施例1において未加硫ゴム組成物の原料を下記表6に記載の材料に変更し、第1の導電層を形成した。また、実施例1の表面層のカーボンブラック(HAF)16質量部を、導電性の樹脂粒子A25質量部に変更して、第2の導電層を形成した。それ以外は実施例1と同様にして帯電ローラ25を作製し、評価した。評価結果を表4に示す。
実施例1において表面層を設けない以外は、実施例1と同様にして帯電ローラ27を作製し、評価した。評価結果を表4に示す。
実施例1において導電性の樹脂粒子Aを導電性の樹脂粒子Rに変更した以外は、実施例1と同様にして帯電ローラ28を作製し、評価した。評価結果を表4に示す。
実施例1において未加硫ゴム組成物の原料を下記表7に記載の材料に変更した以外は、実施例1と同様にして帯電ローラ29を作製し、評価した。評価結果を表4に示す。
(導電性弾性ローラの作成)
導電性の軸芯体として、快削鋼の表面に無電解ニッケルメッキ処理を施した全長279mm、直径6mmの円柱状の棒を用意した。導電性の軸芯体の所定233mm部分に導電性接着剤(ホットメルトタイプ)を、ロールコーターを用いて塗布した。導電層用の未加硫ゴム組成物を実施例1と同様にして調製した。
下記表8に記載の原材料を固形分濃度が9.5%になるようにメチルエチルケトンに加え十分攪拌し、表面層形成用塗料を得た。
帯電ローラの評価と同様にして、現像ローラ1について電気抵抗値測定、通電劣化試験を行った。
現像ローラ1を電子写真式のレーザープリンター(商品名:LBP5400、キヤノン株式会社製)の現像ローラに装着した。このレーザープリンターを用いて、ベタ画像とハーフトーン画像(感光体の回転方向と垂直方向に幅1ドット、間隔2ドットの横線を描く画像)とをこの順番で出力し、各々の画像について、目視にて下記の基準で評価した。この評価に用いた上記レーザープリンターは、記録メディアの出力スピードが250mm/sec、画像の解像度が600dpiである。また、電子写真画像の評価は全て、低温低湿(15℃、10%RH)環境で行った。評価結果を表9に示す。
A:ベタ画像およびハーフトーン画像には現像ローラの回転ピッチに対応する濃淡ムラの発生は確認できなかった。
B:ベタ画像にのみ現像ローラの回転ピッチに対応する濃淡ムラが確認できた。
C:ベタ画像およびハーフトーン画像に現像ローラの回転に対応した濃淡ムラの発生が確認できた。
上記初期画像評価に引き続いて、同じレーザープリンターを用いて、1枚の画像を出力後、レーザープリンターの感光体ドラムの回転を2秒間停止させたのち、再び画像を出力するという間欠動作を、出力枚数が40000枚となるまで繰り返した。ここで形成した画像は、A4サイズの紙上に、11ポイントのサイズのアルファベットの「E」の文字が、印字濃度1%となるように印字される画像とした。40000枚目の画像出力後、ただちに、ベタ画像及びハーフトーン画像をこの順に形成し、当該ベタ画像およびハーフトーン画像について目視にて上記の(初期画像評価)と同じ基準で評価した。なお、画像形成および画像評価は、低温低湿(15℃、10%RH)環境で行った。評価結果を表9に示す。
実施例28において導電性の樹脂粒子Aを表9に記載した導電性の樹脂粒子に変更した以外は実施例28と同様にして現像ローラ2〜4を作製し、評価した。評価結果を表9に示す。
実施例28において導電性の樹脂粒子Aを導電性の樹脂粒子Rに変更した以外は、実施例28と同様にして現像ローラ5を作製し、評価した。評価結果を表9に示す。
実施例28において未加硫ゴム組成物を、比較例2と同様にして調製した未加硫ゴム組成物に変更した以外は実施例28と同様にして現像ローラ6を作製し、評価した。評価結果を表9に示す。
102:導電層
201:導電性の軸芯体
202:導電層
203:導電層
301:電子写真感光体
302:帯電ローラ
303:現像装置
304:転写材
305:転写ローラ
306:定着装置
307:クリーニング部材
308:潜像形成装置
309:帯電前露光装置
310:弾性規制ブレード
311:トナー供給ローラ
312:現像用電源
313:帯電用電源
314:転写用電源
401:トナーシール
601:スルトン
602:母粒子表面
603:母粒子表面
604:酸素原子
701:オリゴマー化したシロキサン
702:金属酸化物粒子
801:樹脂粒子表面との結合部に酸素原子を含む有機基
802:樹脂粒子
901:帯電ローラ
902:導電性の軸芯体
903:アルミドラム
904:外部電源
905:基準抵抗
Claims (4)
- 導電性の軸芯体と、導電層を有している導電性部材であって、
該導電層は、バインダー樹脂と該バインダー樹脂に分散されている導電性の樹脂粒子とを含み、
該樹脂粒子は、ポリマー鎖中に水酸基およびカルボキシル基から選ばれる何れか一方または両方を有する樹脂を含み、かつ、該樹脂粒子の表面の該水酸基および/または該カルボキシル基の水素原子が、下記構造式(1)で示される基によって置換されていることを特徴とする導電性部材:
- 前記構造式(1)で示される基が、前記水酸基とスルトンとの反応によって導入されたものである請求項1に記載の導電性部材。
- 請求項1または2に記載の導電性部材を帯電部材および現像部材の少なくとも一方として備え、かつ、電子写真装置の本体に着脱可能に構成されていることを特徴とする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帯電部材および現像部材の少なくとも一方として備えていることを特徴とする電子写真装置。
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