JP5925051B2 - 帯電部材、プロセスカートリッジ及び電子写真装置 - Google Patents
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Description
(1)導電性物質としてイオン導電性物質を用い、電気抵抗値の分布のムラを抑制する。
(2)帯電部材の電気抵抗値を上げる。
(3)ゴムなどのマトリックス材中へのカーボンブラック等の電子導電性物質の分散を向上させる。
(1)ブリードの抑制。
(2)トナーの物理的および静電的付着の抑制。
(3)局所的なリークの抑制。
(1)少なくとも一層以上の表面層が形成されている帯電部材であり、該表面層が、Si−O−Ti結合、Ti−O−M結合、及びSi−O−M結合を有している高分子化合物を含むこと。
(2)Mは、V、Nb、Wからなる群から選ばれるいずれかの原子であること。
本発明に係る帯電部材の表面層は、Si−O−Ti結合、Ti−O−M結合、及びSi−O−M結合を有している高分子化合物を含み、該高分子化合物は、下記一般式(1)、化学式(2)及び一般式(3)で示される構成単位を有している。
(1)酸素原子との分極が大きい。
(2)価数5の高価数金属原子である。
(3)M5+のイオン半径とTi4+のイオン半径との差が小さい。
本発明の高分子化合物における、MとTiの総和に対するケイ素の原子数比Si/(M+Ti)は0.05以上7.0以下であることが好ましい。0.10以上5.0以下であることがより好ましい。この値が0.05以上であれば、コーティング剤のライフや塗工安定性が十分に得られ、均一な塗膜形成を可能とすることで、異常放電の抑制効果を奏する。また、7.0以下であれば、高価数金属が十分に置換され、異常放電の抑制効果が十分に得られる。
ここでは、本発明に係る高分子化合物の製造例として、弾性層上に表面層を形成させる方法をより具体的に説明する。当該高分子化合物は、次の工程(1)〜工程(6)を経て製造される。尚、成分(A)は一般式(12)の加水分解性シラン化合物であり、成分(B)は一般式(19)の加水分解性シラン化合物、成分(C)は一般式(13)の加水分解性チタニウム化合物である。成分(D)は一般式(14)〜(16)の加水分解性有機金属化合物(M=V、Nb、およびWから選ばれる少なくとも一種)である。
(1):成分(A)および成分(B)と、成分(C)および成分(D)とのモル比{成分(C)+成分(D)}/{成分(A)+成分(B)}を0.1以上5.0以下に調整する工程。
(2):成分(A)と(B)を混合し、成分(E)の水、成分(F)のアルコールを添加した後、加熱還流により加水分解・縮合を行う工程。
(3):前記加水分解・縮合を行った溶液に成分(C)および成分(D)を添加し混合する工程。
(4):成分(G)の光重合開始剤を添加し、成分(F)のアルコールで濃度を希釈してコーティング剤(塗料)を得る工程。
(5):基体上に形成された弾性層上にコーティング剤を塗布する工程。
(6):加水分解縮合物を架橋反応させてコーティング剤を硬化する工程。
表面層の膜厚の目安としては、10〜1000nm、特には、50〜500nmである。表面層の膜厚を上記の範囲内とすることにより、厚みムラの少ない表面層とすることができる。また、表面層中のミクロな酸素欠陥サイズが上昇することを抑え、酸素欠陥を通じた異常放電の発生をより確実に抑えることができる。また、電気抵抗値の過度な上昇によるトナーの静電的付着力の増加と、それに伴うトナーの付着も抑えることができる。表面層の体積抵抗率の目安としては、1010〜1016Ω・cmである。
基体としては導電性を有するものが用いられる。具体例としては、以下のものが挙げられる。鉄、銅、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金又はニッケルで形成されている金属製(合金製)の基体。
導電性弾性層には、従来の帯電部材の弾性層(導電性弾性層)に用いられているゴムなどの弾性体を1種または2種以上用いることができる。ゴムとしては以下のものが挙げられる。ウレタンゴム、シリコーンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、ポリノルボルネンゴム、スチレン−ブタジエン−スチレンゴム、アクリロニトリルゴム、エピクロルヒドリンゴムおよびアルキルエーテルゴム。
調製されたコーティング剤は、ロールコーターを用いた塗布、浸漬塗布、リング塗布などの手法によって導電性弾性層の上に塗布されてコーティング層が形成される。コーティング層に活性化エネルギー線を照射すると、コーティング剤に含まれるシラン縮合物中のカチオン重合可能な基が開裂・重合する。これによって、該シラン縮合物同士が架橋して硬化し表面層が形成される。このようなカチオン重合により得られる高分子化合物は、一般式(1)で表される架橋構造を有し、有機基(R1またはR2)に結合したSi原子が、それぞれ酸素を介して他の3原子(Si、Ti、M)と結合されている。
紫外線積算光量[mJ/cm2]=紫外線強度[mW/cm2]×照射時間[s]
紫外線の積算光量の調節は、照射時間や、ランプ出力や、ランプと被照射体との距離で行うことが可能である。また、照射時間内で積算光量に勾配をつけてもよい。低圧水銀ランプを用いる場合、紫外線の積算光量は、ウシオ電機(株)製の紫外線積算光量計UIT−150−AやUVD−S254(いずれも商品名)を用いて測定することができる。また、エキシマUVランプを用いる場合、紫外線の積算光量は、ウシオ電機(株)製の紫外線積算光量計UIT−150−AやVUV−S172(いずれも商品名)を用いて測定することができる。
図2によって、本発明の帯電部材が帯電ローラとして使用される電子写真装置及びプロセスカートリッジの概略構成について説明する。像担持体としての回転ドラム型の感光体21は、図中の矢印が示す時計回りに所定の周速度(プロセススピード)で回転駆動する。感光体21には、例えばロール状の導電性基体と該基体上に無機感光材料または有機感光材料を含有する感光層とを少なくとも有する公知の感光体等を採用すればよい。また、感光体21は、感光体の表面を所定の極性及び電位に帯電させるための電荷注入層を更に有していてもよい。
下記表1に示す成分を、6L加圧ニーダー(使用装置:TD6−15MDX、トーシン社製)にて、充填率70体積%、ブレード回転数30rpmで24分間混合して、未加硫ゴム組成物を得た。
<1.縮合物1−1の調製>
次に表面層の形成に使用される縮合物を合成した。
まず以下の表2に示す成分を混合した後、室温で30分間攪拌した。
次に、室温に冷却した縮合物中間体1:22.706gに対し、チタニウムイソプロポキシド(以降「Ti−1」と示す。)(加水分解性チタニウム化合物)[Gelest(株)製]:12.659g(0.0469mol)、及びニオブエトキシド(以降「Nb−1」と示す。)(加水分解性ニオブ化合物)[Gelest(株)製]:0.057g(0.179mol)を添加し、室温で3時間攪拌し最終的な縮合物1−1を得た。一連の攪拌は250rpmで行った。Si:Ti:Nbのモル比は50:49.8:0.2であり、Si/(Ti+Nb)=1.0、およびNb/(Ti+Nb)=0.004である。
縮合物1−1について合成直後から1ヶ月後の液外観を以下の基準で評価した。その結果を表10に示す。
縮合物1−1の硬化膜中に式(1)で示される構造が含まれていることを以下の方法によって確認した。
縮合物1−1を用いて以下の手順で、表面層形成用の塗料1−1を調製した。すなわち、25gの縮合物1−1に光カチオン重合開始剤としての芳香族スルホニウム塩[商品名:アデカオプトマーSP−150、旭電化工業(株)製]をメタノールで10質量%に希釈したものを0.7g添加した。次いで、縮合物1−1の固形分が1.0質量%になるようにエタノールと2−ブタノールの混合液(エタノール:2−ブタノール=1:1)で希釈し、表面層形成用の塗料1−1を調製した。
帯電ローラ1の表面の外観状態を目視にて観察し、以下の表4に示す基準にて塗料1−1の塗工性を評価した。評価結果を表10に示す。
続いて、帯電ローラ1の表面層内においてSi−O−Ti結合、Si−O−Nb結合、およびTi−O−Nb結合の存在をESCA(商品名:Quantum2000、アルバックファイ製)を用いて確認した。すなわち、帯電ローラ1の表面にX線が照射されるようにして、表面層内の結合様式を評価した。検出されたO1sスペクトルより、Si−O−Ti結合、Si−O−Nb結合、およびTi−O−Nb結合の存在が確認された。
以下の方法により、帯電ローラ1の帯電性能の耐久性を評価した。画像評価に用いたレーザービームプリンターは、市販のレ−ザービームプリンター(商品名:LBP7200CN、Canon(株)製)の記録メディアの出力スピードを32ppmに改造した改造機である。
20000枚の「E文字画像」の出力後、プロセスカートリッジから帯電ローラ1を取り出し、目視で観察して、表面の汚れの程度を以下の表6に示す基準で評価した。結果を表10に示す。
<1.縮合物中間体2〜9の調製>
成分(A)および成分(B)並びにそれらの使用量を表7に記載したように変更したこと以外は、縮合物中間体1と同様にして縮合物中間体2〜9を調製した。なお、表7中の、「EP−1」等の記号は各々、表8に記載の化合物を示す。
縮合物中間体1、成分(C)および成分(D)、並びにそれらの使用量を表9に記載したように変更したこと以外は、縮合物1−1と同様にして縮合物1−2〜1−26を調製した。各縮合物の原子数比を表9に示す。また、各縮合物を評価2に供した。その結果、各縮合物の硬化膜中に一般式(1)で示される構造が含まれていることを確認した。
縮合物中間体、成分(C)および成分(D)の種類、並びにそれらの使用量を表9に記載したように変更したこと以外は、縮合物1−1と同様にして縮合物2−1〜2−6、縮合物3−1〜3−6、縮合物4−1〜4−6、縮合物5−1〜5−2、及び、縮合物6〜9を調製した。各縮合物の原子数比を表9に示す。また、各縮合物を評価2に供した。その結果、各縮合物の硬化膜中に一般式(1)で示される構造が含まれていることを確認した。
縮合物1−1の代わりに、縮合物1−2〜1−26、縮合物2−1〜2−6、縮合物3−1〜3−6、縮合物4−1〜4−6、縮合物5−1〜5−2、及び、縮合物6〜9の各々を用いた。また、縮合物1−23〜1−26については固形分濃度(塗料中における縮合物の濃度)を、それぞれ、0.01%、2.0%、5.0%、及び6.0%とした。これら以外は、表面層形成用の塗料1−1の場合と同様にして、表面層形成用の塗料1−2〜1−26、表面層形成用の塗料2−1〜2−6、表面層形成用の塗料3−1〜3−6、表面層形成用の塗料4−1〜4−6、表面層形成用の塗料5−1〜5−2、及び、表面層形成用の塗料6〜9を調製した。塗料中における縮合物の濃度を、「希釈後固形分」として表9に示した。
表面層形成用の塗料1−1の代わりに、表面層形成用の塗料1−2〜1−26、表面層形成用の塗料2−1〜2−6、表面層形成用の塗料3−1〜3−6、表面層形成用の塗料4−1〜4−6、表面層形成用の塗料5−1〜5−2、及び、表面層形成用の塗料6〜9の各々を用いた。また、表面層の膜厚を表10に示す厚みとした。これら以外は帯電ローラ1と同様にして帯電ローラ2〜50を作製し、評価3〜評価6に供した。評価結果を表10に示す。
実施例1における縮合物中間体1を縮合物C−1として用意した。この縮合物C−1を評価1に供した。その結果を表12に示す。また、縮合物C−1の硬化膜中に、一般式(1)の構造が存在することを、評価2の方法により確認した。
成分(C)及び成分(D)の種類と使用量、並びに水とエタノールの使用量を表11に記載したようにした以外は実施例1における「合成―2」に記載の方法と同様にして縮合物C―2〜C−5を調製した。縮合物C−2〜C−5を評価1に供した。また、縮合物C−2〜C−5の原料として成分(A)および成分(B)を用いていないため、評価2の方法による一般式(1)の構造の存在確認は行わなかった。
102 導電性弾性層
103 表面層
21 感光体
22 帯電部材
23 露光手段
24 現像手段
24a トナー担持体
24b 攪拌部材
25c トナー規制部材
26 クリーニング手段
S2 帯電バイアス引加電源
S4 転写バイアス引加電源
L 露光光
P 転写剤
Claims (5)
- 基体、弾性層および表面層を有している帯電部材であって、該表面層は、下記一般式(1)、化学式(2)及び一般式(3)で示される構成単位を有し、かつ、Si−O−Ti結合、Ti−O−M結合、及びSi−O−M結合を有している高分子化合物を含むことを特徴とする帯電部材:
- 前記高分子化合物における、MとTiの原子数比M/(M+Ti)が0.005以上0.95以下である請求項1または2に記載の帯電部材。
- 感光体と、該感光体に接触して配置されている請求項1〜3のいずれかの一項に記載の帯電部材とを有することを特徴とする電子写真装置。
- 感光体と、該感光体に接触して配置されている請求項1〜3のいずれかの一項に記載の帯電部材とを有し、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。
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