JP5942486B2 - ロール部材、帯電装置、画像形成装置、およびプロセスカートリッジ - Google Patents
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Description
請求項1に係る発明は、
芯体と、
前記芯体上に、サルファイド結合(−S−)及びチオール基(−SH)を有するポリサルファイドポリマーと、イソシアネート基(−N=C=O)を有する化合物と、の重合物であり、下記式(1)で示されるチオウレタン結合を有するゴム組成物を含有する弾性層と、
を有するロール部材である。
一般式(1) −(S−C(=O)−N(−H))−
前記ゴム組成物が、下記(A)に示すポリサルファイドポリマーと、下記(B)に示す化合物と、を合成して得られたゴム組成物である請求項1に記載のロール部材である。
(A)「−(C2H4OCH2OC2H4)−」および「−(CH2CH(OH)CH2)−」から選択される少なくとも1つの構造単位と「−S−」とを含み、且つ末端にチオール基(−SH)を有するポリサルファイドポリマー
(B)少なくとも2つ以上のイソシアネート基(−N=C=O)を有する化合物
前記(A)に示すポリサルファイドポリマーが、「−(CH2CH(OH)CH2)−」で示される構造単位を含む請求項2に記載のロール部材である。
請求項1に記載のロール部材を備えた帯電装置である。
像保持体と、
前記像保持体を帯電する請求項4に記載の帯電装置と、
前記帯電装置によって帯電された前記像保持体に静電潜像を形成する潜像形成装置と、
前記像保持体上の静電潜像をトナーによってトナー像に現像する現像装置と、
前記現像装置によって前記像保持体上に形成された前記トナー像を被転写体へ転写する転写装置と、
を有する画像形成装置である。
像保持体を帯電する請求項4に記載の帯電装置と、
前記像保持体、前記像保持体上の静電潜像をトナーによってトナー像に現像する現像装置、および前記トナー像を被転写体に転写した後に前記像保持体表面に残留した残留トナーを清掃し除去する清掃装置、から選択される少なくとも1種と、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。
本実施形態のロール部材は、芯体と、前記芯体上に、下記式(1)で示されるチオウレタン結合を有するゴム組成物を含有する弾性層と、を有する。
一般式(1) −(S−C(=O)−N(−H))−
また、高温環境下や高湿環境下などにおいても、ゴム組成物が溶融あるいは加水分解すると、オゾンによるゴム組成物の溶融のごとく、溶融物や分解物が感光体等の被接触体を汚染し、画像濃度ムラを引き起こすことがあり、更に変形による寸法変化や硬度変化によっても画像不良を引き起こすことがあった。
その結果、例えば本実施形態に係るロール部材を画像形成装置の感光体に接触するロール部材(例えば帯電用部材)として用いた場合であっても、画像濃度ムラの発生が抑制される。
芯体は、ロール部材の電極および支持部材として機能する円柱状の部材であり、例えば、その材質としては鉄(快削鋼等),銅,真鍮,ステンレス,アルミニウム,ニッケル等の金属が挙げられる。また、芯体としては、外側の面にメッキ処理を施した部材(例えば樹脂や、セラミック部材)、導電剤の分散された部材(例えば樹脂や、セラミック部材)等も挙げられる。芯体は、中空状の部材(筒状部材)であってもよいし、非中空状の部材であってもよい。
弾性層は、下記式(1)で示されるチオウレタン結合を有するゴム組成物を含有する。
一般式(1) −(S−C(=O)−N(−H))−
R−SH + O=C=N−R’ → R−S−C(=O)−N(−H)−R’
チオール基を有する化合物としては、特に限定されるものではないが、ポリサルファイドポリマーが好適に用いられる。
本実施形態におけるポリサルファイドポリマーは、サルファイド結合「−Sx−」を有するポリマーであり、前記xとしては1以上5以下の整数であることが好ましい。より好適には1以上4以下の整数であり、更に好適には1以上3以下の整数であり、更に好適には1または2であり、更に好適には2である。
(A)「−(C2H4OCH2OC2H4)−」および「−(CH2CH(OH)CH2)−」から選択される少なくとも1つの構造単位と「−S−」とを含み、且つ末端にチオール基(−SH)を有するポリサルファイドポリマー
また、上記(A)に示されるポリサルファイドポリマーのうち、「−(C2H4OCH2OC2H4)−」で示される構造単位を有するものは、耐熱性により優れるとの観点でより好ましい。
前記ポリエーテル部位におけるnは、6以上200以下の整数を表し、50以上150以下の整数であることが望ましく、80以上120以下の整数であることがより望ましい。
数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を使用し、THF溶媒を用いて測定し、単分散ポリスチレン標準試料により作製した分子量校正曲線を使用して算出される。
イソシアネート基(−N=C=O)を有する化合物としては、(B)少なくとも2つ以上のイソシアネート基を有する化合物が好適に用いられる。
芳香族ポリイソシアネートは、イソシアネート基を2個以上有する有機ポリイソシアネートである。芳香族ポリイソシアネートとしては、例えばトリレンジイソシアネート(2,4TDIや2,6TDI)、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(4,4’MDI)、2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(2,4’MDI)、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート(ポリメリックMDI)、キシレンジイソシアネート(2,4XDIや2,6XDI)、1,5−ナフチレンジイソシアネート(NDI)、TDIトリマー、XDIトリマー等が挙げられる。
脂肪族ポリイソシアネートとしては、テトラメチレンジイソシアネート、1,5−ペンタメチレンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(以下「HDI」と略す)、2,2,4−(または、2,4,4)−トリメチル−1,6−ヘキサメチレンジイソイシアネート、リジンイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、水添キシレンジイソシアネート、水添ジフェニルメタンジイソシアネート、1,4−ジイソシアネートシクロヘキサン、1,3−ビス(ジイソシアネートメチル)シクロヘキサン、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、HDIトリマー、IPDIトリマーおよびそれらを変性して得られる変性ポリイソシアネートが挙げられる。
それらの変性品として活性水素化合物との反応物のウレタン変性品や、カルボジイミド変性、イソシアヌレート変性、ビューレットやアロファネート変性されたものがあり、これらの有機ポリイソシアネートは単独あるいは混合して用いてもよい。
これらのなかでも好ましいのは、トリレンジイソシアネート(2,4TDIや2,6TDI)、キシレンジイソシアネート(2,4XDIや2,6XDI)、TDIトリマー、XDIトリマー、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(4,4’MDI)、2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(2,4’MDI)、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート(ポリメリックMDI)、脂肪族イソシアヌレート型ポリイソシアネート、HDIトリマー、IPDIトリマー等が挙げられる。これらの中でも更に、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(4,4’MDI)、キシレンジイソシアネート(2,4XDIや2,6XDI)、HDIトリマー、IPDIトリマーが好ましい。
ポリサルファイドポリマーとイソシアネート基を有する化合物とから前記式(1)で示されるチオウレタン結合を有するゴム組成物を合成するには、例えば下記(例1)や(例2)に示すごとく、ポリサルファイドポリマーとイソシアネート基を有する化合物(ウレタンプレポリマー)と、を触媒と共に混合し、加熱(例えば110℃30分、100℃8時間)することで得られる。
(例1)
〜C2H4OCH2OC2H4−SH(ポリサルファイドポリマーの末端)
+ O=C=N〜(OCH(−CH3)CH2)nO〜(ウレタンプレポリマーの末端)
→ 〜C2H4OCH2OC2H4−S−C(=O)−N(−H)〜
(例2)
〜CH2CH(OH)CH2−SH(ポリサルファイドポリマーの末端)
+ O=C=N〜(OCH(−CH3)CH2)nO〜(ウレタンプレポリマーの末端)
→ 〜CH2CH(OH)CH2−S−C(=O)−N(−H)〜
これら触媒は、ポリサルファイドポリマー100質量部に対して、0.05質量部以上0.5質量部以下の範囲で添加して用いることが望ましい。
前記弾性層には、チオウレタン結合を有するゴム組成物以外に、例えば下記添加剤を含有してもよい。特に、ロール部材を電子写真方式の画像形成装置における帯電装置や転写装置等の電界を形成するための部材として用いる場合には、弾性層には、導電剤が添加される。
なお、本実施形態では、ポリサルファイドポリマーを用いるために加工性、成形性に優れるため、軟化剤や可塑剤を添加せずとも弾性層を形成し得るものであり、ブリードの抑制の観点からは、軟化剤および可塑剤を添加しないことが望ましい。
上記ゴム組成物に対する充填剤の添加量は、特に制限はないが、ゴム組成物100質量部に対して、1質量部以上80質量部以下であることが望ましく、10質量部以上50質量部以下であることがより望ましい。
弾性層の厚みは、ロール部材を適用する装置によって異なるが、例えば、1mm以上10mm以下とすることが望ましく、2mm以上5mm以下とすることがより望ましい。
また、この弾性層の体積抵抗率は、ロール部材を適用する装置によって異なるが、ロール部材を後述する電子写真方式の画像形成装置の帯電装置に用いる場合には、例えば、104Ωcm以上1010Ωcm以下であることが望ましく、105Ωcm以上109Ωcm以下であることがより望ましい。
体積抵抗率(Ω・cm)=(19.63×印加電圧(V))/(電流値(A)×測定サンプルシート厚(cm)) ・・・ 式(2)
なお、アスカーC硬度の測定は、3mm厚の測定シート表面にアスカーC型硬度計(高分子計器社製)の測定針を押し当て、1000g荷重の条件で行ったものである。
本実施形態のロール部材では、弾性層上に表面層を形成してもよい。
表面層としては、例えば樹脂を含んで構成される表面層が挙げられ、更に導電剤や、表面層の表面に凹凸(特定の表面粗さ)を付与するための粒子、その他添加剤等を含んで構成されてもよい。
表面層の厚みは、7μm以上25μm以下が望ましい。そして、表面層の体積抵抗率は103Ωcm以上1014Ωcm以下が望ましい。
塗布液に用いる溶剤としては、特に限定されず一般的なものが使用され、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類;アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類;テトラヒドロフラン;ジエチルエーテル、ジオキサンなどのエーテル類などの溶媒を使用してもよい。
上記構成のロール部材は、例えば、電子写真方式の画像形成装置における帯電装置や、転写装置等におけるロールの部材として用いられる。
以下、本実施形態のロール部材を画像形成装置およびプロセスカートリッジの帯電装置に搭載した場合を説明する。
図1は、本実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。図2は、本実施形態に係るプロセスカートリッジを示す概略構成図である。
(1)ポリサルファイドポリマー・・・・・・・・・・・・・・・・・100質量部
(商品名:チオコールLP2、SH基濃度:2.0%、東レ・ファインケミカル社製)(2)イオン導電剤・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・0.5質量部
(商品名:BTMAC−100、ベンジルトリメチルアンモニウムクロライド、
ライオンアクゾ社製)
(3)ジブチルチンジラウレート・・・・・・・・・・・・・・・・・0.1質量部
(商品名:L−101、ジブチルチンジラウレート、東京ファインケミカル社製)
(4)カーボンブラック・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・10.0質量部
(商品名:CB3050B、三菱化学社製)
(5)炭酸カルシウム・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・20.0質量部
(商品名:ホワイトンP−70、白石工業社製)
(6)HDIトリマー・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・10.7質量部
(ポリイソシアネート、商品名:N3500、住友バイエルン社製)
尚、ポリサルファイドポリマーのチオール基とHDIトリマーのNCO基のモル比(NCO/SH)は1.05である。
上記(1)〜(5)の組成物を真空ミキサーで混合後、さらに(6)を配合して混合し、あらかじめ110℃で予熱したSUS製シャフト(長さ330mm、直径Φ8mm)を中心に配設したモールドに注型した。110℃で30分間硬化後、金型から脱型し100℃で8時間アフターキュアさせ、シャフトに弾性層を形成した導電性ロール1を得た。
実施例1において前記(1)ポリサルファイドポリマーを、「ポリサルファイドポリマー(商品名:チオコールLP23、SH基濃度:2.0%、東レ・ファインケミカル社製)」に変更する以外は、実施例1に記載の方法により導電性ロール2を得た。
尚、ポリサルファイドポリマーのチオール基とHDIトリマーのNCO基のモル比(NCO/SH)は1.05である。
実施例1において前記(1)ポリサルファイドポリマーを、「ポリサルファイドポリマー(商品名:チオコールLP282、SH基濃度:2.1%、東レ・ファインケミカル社製)」に変更し、且つ(6)HDIトリマーの量を11.3質量部に変更する以外は、実施例1に記載の方法により導電性ロール3を得た。
尚、ポリサルファイドポリマーのチオール基とHDIトリマーのNCO基のモル比(NCO/SH)は1.05である。
実施例1において、(6)HDIトリマーの量を9.2質量部に変更する以外は、実施例1に記載の方法により導電性ロール4を得た。
尚、ポリサルファイドポリマーのチオール基とHDIトリマーのNCO基のモル比(NCO/SH)は0.90である。
実施例1において、(6)HDIトリマーの量を19.4質量部に変更する以外は、実施例1に記載の方法により導電性ロール5を得た。
尚、ポリサルファイドポリマーのチオール基とHDIトリマーのNCO基のモル比(NCO/SH)は1.90である。
実施例1において、(6)HDIトリマーをXDI(商品名:タケネート500、三井化学社製)に変更し、配合量を6.0質量部に変更する以外は、実施例1に記載の方法により導電性ロール6を得た。
尚、ポリサルファイドポリマーのチオール基とXDIのNCO基のモル比(NCO/SH)は1.05である。
実施例1において、(6)HDIトリマーを4,4’MDI(商品名:コスモネートPH、三井化学社製)に変更し、配合量を8.0質量部に変更する以外は、実施例1に記載の方法により導電性ロール7を得た。
尚、ポリサルファイドポリマーのチオール基と4,4’MDIのNCO基のモル比(NCO/SH)は1.05である。
実施例1において、(6)HDIトリマーの量を5.1質量部に変更する以外は、実施例1に記載の方法により導電性ロール8を得た。
尚、ポリサルファイドポリマーのチオール基とHDIトリマーのNCO基のモル比(NCO/SH)は0.6である。
実施例1において、(6)HDIトリマーの量を21.4質量部に変更する以外は、実施例1に記載の方法により導電性ロール9を得た。
尚、ポリサルファイドポリマーのチオール基とHDIトリマーのNCO基のモル比(NCO/SH)は2.1である。
(a)ポリプロピレングリコール・・・・・・・・・・・・・・・・・100質量部
(商品名:Diol−3000、37mgKOH/g、三井化学社製)
(b)イオン導電剤・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・0.5質量部
(商品名:BTMAC−100、ベンジルトリメチルアンモニウムクロライド、
ライオンアクゾ社製)
(c)ジブチルチンジラウレート・・・・・・・・・・・・・・・・・0.1質量部
(商品名:L−101、ジブチルチンジラウレート、東京ファインケミカル社製)
(d)HDIトリマー・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・11.8質量部
(ジイソシアネート、商品名:N3500、住友バイエルン社製)
(e)カーボンブラック・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・10.0質量部
(商品名:CB3050B、三菱化学社製)
(f)炭酸カルシウム・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・20.0質量部
(商品名:ホワイトンP−70、白石工業社製)
上記(a)の組成物を110℃、3Torr以下で4時間減圧脱水し、さらに(b),(c),(e),(f)を真空ミキサーで混合後、さらに(d)を配合して混合し、あらかじめ110℃で予熱したSUS製シャフト(長さ330mm、直径Φ8mm)を中心に配設したモールドに注型した。110℃で30分間硬化後、金型から脱型し100℃で8時間アフターキュアさせ、シャフトに弾性層を形成した導電性ロールC1を得た。
(ゴム組成物の調製)
下記組成の混合物を、接線式加圧ニーダー((株)モリヤマ製:実容量75L)を用いて混練してゴム組成物を調製した。
−組成−
・弾性材料・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・100質量部
(エピクロルヒドリン−エチレンオキシド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴム、
商品名「Gechron3106」、日本ゼオン社製)
・ポリサルファイドポリマー・・・・・・・・・・・・・・・・・・・15質量部
(商品名「チオコールLP−282」:東レ・ファインケミカル社製)
・酸化亜鉛・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・5質量部
(商品名「酸化亜鉛2種」:正同化学工業社製)
・ステアリン酸・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・1質量部
(商品名「ステアリン酸S」:花王社製)
・カーボンブラック・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・15質量部
(商品名「ケッチェンブラックEC」、ライオン社製)
・炭酸カルシウム・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・20質量部
(商品名「白艶華CCR、白石工業社製」)
・イオン導電剤・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・1質量部
(アルキルトリメチルアンモニウムパークロレート、
商品名「LXN−30」ダイソー社製)
・加硫剤・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・1質量部
(商品名「硫黄200メッシュ」、鶴見化学工業社製)
・加硫促進剤・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・2質量部
(商品名「ノクセラーDM」、大内新興化学工業社製)
・加硫促進剤・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・0.5質量部
(商品名「ノクセラーTT」、大内新興化学工業社製)
芯体として、SUS303製、直径8mm、長さ330mmの円柱状芯体を用意した。この円柱状芯体上に、厚さ3mmとなるように円筒状金型を用いて、前記ゴム組成物を注型し、未加硫のゴム組成物層を形成した。そして、円筒状金型の温度を170℃とし、30分間加熱し、未加硫のゴム組成物層を加硫して、弾性層を形成した。
下記組成の混合物をビーズミルにて分散し、分散液を調製した。得られた分散液をメタノールで希釈して、表面層用塗布液を得た。この表面層用塗布液について粘度が45mPa・sとなるようメタノールおよびブタノールで調整した後、浸漬塗布槽へ注入した。
その後、前記作製した弾性層付きの芯体を浸漬塗布槽の塗布液に浸漬し、芯体を引き上げた。これを150℃で10分間乾燥して溶剤を除去し、表面層を形成した。これにより、芯体上に弾性層および表面層をこの順に有する導電性ロールC2を得た。
−分散液の組成−
・高分子材料・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・100質量部
(アミド樹脂、商品名「アラミンCM8000」、東レ社製)
・導電剤・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・14質量部
(カーボンブラック、商品名「Monarch1000」、キャボット社製)
・溶剤・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・500質量部
(メタノール、関東化学社製)
・溶剤・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・240質量部
(ブタノール、関東化学社製)
−オゾン耐久試験−
上記導電性ロール1〜9、C1、C2を、オゾン濃度5ppm,温度35℃の環境下に200時間放置した後、温度23℃、相対湿度50%の環境下に24時間放置し、下記の画質評価を行った。
上記導電性ロール1〜9、C1、C2を、90℃の乾燥機中で168時間放置した後、温度23℃、相対湿度50%の環境下に24時間放置し、下記の画質評価を行った。
上記導電性ロール1〜9、C1、C2を、温度45℃,湿度95%の環境下に168時間放置した後、温度23℃、相対湿度50%の環境下に24時間放置し、下記の画質評価を行った。
上記耐久性試験を経た後の各導電性ロール1〜9,C1、C2を、カラー複写機DocuCentre Color400CP(富士ゼロックス社製)用の感光体と接触させた状態で28℃、85%RH環境下に14日間保管した。
その後、導電性ロール1〜9、C1、C2をカラー複写機DocuCentre Color400CP(富士ゼロックス社製)に感光体帯電用ロールとして装着し、カラー複写機DocuCentre Color400CP用のカラートナー(シアン、マゼンタ、イエロー、黒)を用い、A4用紙50,000枚に印字テスト(10℃,15%RH環境下で25,000枚印字後、28℃,85%RH環境下で25,000枚印字)を行った。尚、途中で大きな問題が発生した場合には、その時点で印字を中止した。
画質評価は、初期および50,000枚走行後の画像について、目視によってハーフトーン画像中での濃度ムラの有無により、以下の基準で判定した。
◎:濃度ムラ等の欠陥無し。
○:極軽微な濃度ムラ発生。
△:軽微な濃度ムラ発生。
×:実使用上問題となる濃度ムラ発生。
他方、ポリプロピレングリコールを使用しチオウレタン結合が形成されていないゴム組成物を含有する弾性層を有する導電性ロールC1を用いた比較例1では、濃度ムラを引き起こし、チオウレタン結合が形成されていないポリサルファイドポリマーを使用したゴム組成物を含有する弾性層を有する導電性ロールC2を用いた比較例2では、走行後に濃度ムラが発生した。この濃度ムラは、高オゾン環境下、高温環境下、高湿環境下において、ブリードの発生によって感光体が汚染されたことに起因するものと考えられる。
13 像保持体
16 現像装置
17 潜像形成装置
18 転写装置
19 帯電装置
20 清掃装置
22 定着装置
24C 取り付けレール
24A 開口部
24B 開口部
24 筐体
100 画像形成装置
102 プロセスカートリッジ
P 記録媒体
Claims (6)
- 芯体と、
前記芯体上に、サルファイド結合(−S−)及びチオール基(−SH)を有するポリサルファイドポリマーと、イソシアネート基(−N=C=O)を有する化合物と、の重合物であり、下記式(1)で示されるチオウレタン結合を有するゴム組成物を含有する弾性層と、
を有するロール部材。
一般式(1) −(S−C(=O)−N(−H))− - 前記ゴム組成物が、下記(A)に示すポリサルファイドポリマーと、下記(B)に示す化合物と、を合成して得られたゴム組成物である請求項1に記載のロール部材。
(A)「−(C2H4OCH2OC2H4)−」および「−(CH2CH(OH)CH2)−」から選択される少なくとも1つの構造単位と「−S−」とを含み、且つ末端にチオール基(−SH)を有するポリサルファイドポリマー
(B)少なくとも2つ以上のイソシアネート基(−N=C=O)を有する化合物 - 前記(A)に示すポリサルファイドポリマーが、「−(CH2CH(OH)CH2)−」で示される構造単位を含む請求項2に記載のロール部材。
- 請求項1に記載のロール部材を備えた帯電装置。
- 像保持体と、
前記像保持体を帯電する請求項4に記載の帯電装置と、
前記帯電装置によって帯電された前記像保持体に静電潜像を形成する潜像形成装置と、
前記像保持体上の静電潜像をトナーによってトナー像に現像する現像装置と、
前記現像装置によって前記像保持体上に形成された前記トナー像を被転写体へ転写する転写装置と、
を有する画像形成装置。 - 像保持体を帯電する請求項4に記載の帯電装置と、
前記像保持体、前記像保持体上の静電潜像をトナーによってトナー像に現像する現像装置、および前記トナー像を被転写体に転写した後に前記像保持体表面に残留した残留トナーを清掃し除去する清掃装置、から選択される少なくとも1種と、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。
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