JP6463176B2 - 帯電部材、帯電部材の製造方法、電子写真装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents
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Description
0.6MPa≦b≦1.2MPa ・・・(2)
(a−b)/b≧0.40 ・・・(3)。
0.6MPa≦b≦1.2MPa ・・・(2)
(a−b)/b≧0.40 ・・・(3)。
図1に、本発明の帯電部材として、帯電ローラの概略構成例を示す。帯電ローラ1は導電性の支持体11と、導電性の支持体11上に形成した表面層としての弾性層12とから構成されている。本発明に係る帯電部材は、図3に示す電子写真装置を構成する帯電ローラ1として用いることができる。
導電性の支持体の材質としては、例えば、鉄、銅、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル等の金属やその合金を挙げることができる。また、導電性の支持体は、弾性層との接着を目的とした接着剤を塗工したものを用いることもできる。接着剤としては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂に導電剤を含有させたものが挙げられ、ウレタン樹脂系、アクリル樹脂系、ポリエステル樹脂系、ポリエーテル樹脂系、エポキシ樹脂系等の接着剤を用いることができる。
本発明に係る弾性層は、例えば以下のように形成することができる。
弾性層の原材料(弾性層形成用ゴム組成物)としては、例えばバインダーポリマーと添加剤の混合物であり、バインダーポリマーはゴム弾性を示す材料であれば特に限定されない。具体的なゴム材料としては、以下のものが挙げられる。天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ブチルゴム(IIR)、エチレン−プロピレン−ジエン3元共重合体ゴム(EPDM)、エピクロルヒドリンホモポリマー(CHC)、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド共重合体(CHR)、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル3元共重合体(CHR−AGE)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体の水添物(H−NBR)、クロロプレンゴム(CR)、アクリルゴム(ACM、ANM)等の原料ゴムに加硫剤等の架橋剤を配合した熱硬化性のゴム材料、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、ポリ塩化ビニル系熱可塑性エラストマー等の熱可塑性エラストマー。更に、これらポリマーをブレンドさせた混合物でも良い。中でもアクリロニトリルブタジエンゴムは、弾性層への導電性付与の観点と、電子線等の照射による弾性層の表面処理時における架橋効率向上の観点から好ましく、そのアクリロニトリル量の含有率は特に限定されないが、18質量%以上41質量%以下であることが好ましい。
本発明に係る弾性層の作製に用いる電子線照射装置の概略図を図2に示す。電子線照射装置はゴムローラを回転させながらローラ表面に電子線を照射するものであり、図2に示すように、電子線発生部21と照射室22と照射口23とを備えるものである。
本発明に係る電子写真装置は、電子写真感光体と、該電子写真感光体に接触して配置されている帯電部材とを有し、該帯電部材として本発明に係る帯電部材が使用されているものである。また本発明に係るプロセスカートリッジは、電子写真感光体と、該電子写真感光体に接触して配置されている帯電部材とを有し、電子写真装置の本体に着脱可能に構成されているプロセスカートリッジであって、該帯電部材として本発明に係る帯電部材が使用されているものである。
(1.弾性層用未加硫ゴム組成物の調製)
下記の表1に示す材料を、6リットル加圧ニーダー(製品名:TD6−15MDX、トーシン社製)を用いて、充填率70体積%、ブレード回転数30rpmで16分間混合してA練りゴム組成物を得た。
直径6mm、長さ252mmの円柱形の鋼製棒(表面はニッケルメッキ)の円柱面の軸方向中央部228mmの範囲に導電性加硫接着剤(メタロックU−20;東洋化学研究所製)を塗布し、80℃で30分間乾燥したものを導電性支持体として使用した。次に、未加硫ゴム組成物を、クロスヘッドを用いた押出成形によって、導電性支持体を中心として同軸状に円筒形に同時に押出し、導電性支持体の外周に未加硫ゴム組成物がコーティングされた未加硫ゴムローラを作製した。押出機は、シリンダー径45mm(Φ45)、L/D=20の押出機を使用し、押出時の温調はヘッド90℃、シリンダー90℃、スクリュー90℃とした。
得られた加硫ゴムローラの表面に電子線を照射して硬化処理を行い、弾性層の表面に硬化された領域を有する「帯電ローラ1」を得た。電子線の照射には、最大加速電圧70kV・最大電子電流4.5mAの電子線照射装置(商品名:「低エネルギー電子線照射源EB−ENGINE」浜松ホトニクス株式会社製)を用いた。なお、電子線を照射する前に、照射室内の空気を窒素ガスでパージし、照射室における酸素濃度を調整した。処理条件は加速電圧:70kV、電子電流(照射電流):3.2mA、処理速度(走査速度):0.6m/min、酸素濃度:800ppmであった。この際、電子線照射装置の加速電圧70kVにおける装置定数は218であり、数式(4)より算出される線量は1163kGyであった。
以下の方法にて各種評価を行った。
(4−1.加硫ゴム層の硬度の測定)
電子線照射後の加硫ゴム層のMD−1硬度を、測定した。測定にはマイクロ硬度計(商品名:MD−1 capa、高分子計器株式会社製)を用いて、温度23℃、相対湿度55%の環境において、ピークホールドモードで測定した。より詳しくは加硫ゴムローラを金属製の板の上に置き、金属製のブロックを置いて加硫ゴムローラが転がらないように簡単に固定し、金属板に対して垂直方向から加硫ゴムローラの中心に正確に、タイプAの測定端子を押し当ててから5秒後の値を読み取った。測定位置は、加硫ゴムローラの軸方向のゴム端部から30〜40mmの位置の両端部及び中央部の3箇所、かつこれらの各箇所の周方向に3箇所ずつ、計9箇所とした。得られた測定値の平均値を加硫ゴム層のMD−1硬度とした。その結果、加硫ゴム層のMD−1硬度は70.8°であった
帯電ローラ1の弾性層の表面から内部にかけての厚み方向の各位置における弾性率(ヤング率)を、以下に示す方法にて評価した。クライオミクロトーム(ライカ製FC6)にて、−110℃に保持した状態でダイヤモンドナイフを用いて帯電ローラ1から弾性層を切り出し、厚さ方向の断面が平滑なゴムサンプルを得る。得られたゴムサンプルに対して、原子間力顕微鏡(AFM SIIナノテクノロジー製E−sweep)を使用し、カンチレバー(製品名「SI−DF20」、SIIナノテクノロジー社製、材質:SiN、探針の長さ:12.5μm、先端半径:10nm)を用いて弾性層の表面から所定の深さの各点のヤング率を測定する。なお、測定ピッチは、0.1μmとした。各測定点(測定位置)のヤング率は、フォースカーブを10回測定し、最高値と最低値を除く8点の算術平均として求めた。
帯電ローラ1の両端に各500g荷重をかけてφ30mmの感光体に同軸上で圧接することによって、帯電ローラ1をプロセスカートリッジに装着し、温度40℃、相対湿度95%の環境下で30日間放置した(以下、これを「過酷環境試験」という。)。次いでこのプロセスカートリッジを電子写真装置(LBP7200C キヤノン(株)製)に組込み、帯電ローラの圧縮永久歪によるCセット画像を評価した。評価結果を以下の基準でA〜Eにランク付けした。帯電ローラ1の評価はランクBであった。
A:Cセット画像が全く認められない。
B:Cセット画像が極々わずかに認められた。
C:Cセット画像が極わずかに認められた。
D:Cセット画像がわずかに認められた。
E:Cセット画像がはっきりと認められた。
前記4−3の過酷環境試験を行った後の帯電ローラについて、感光体との圧接部位の変形量を測定した。測定は一般的なレーザー形状測定機(LS−5500キーエンス(株)製)により行い、「圧接部位の外径d2と圧接前の該圧接部位の外径d1との差」を「歪み量」と定義した。圧接部位の外径は、帯電ローラの中央部から両端方向への距離が各90mmの位置において測定し、その平均値を採用した。その結果、歪み量は4.8μmであった。
帯電ローラ1を電子写真プロセスカートリッジに組み込み、このプロセスカートリッジをA4紙縦出力用の電子写真装置(LBP7200C、キヤノン(株)製)に組込み画像評価を行った。
A:画像不良が全く出ていない。
B:上記の画像不良が極わずかに発生した。
C:上記の画像不良がわずかに発生した。
D:上記の画像不良がはっきりと発生した。
その結果、初期画像はランクA、耐久後画像はランクAであった。
ポリマー(アクリロニトリルブタジエンゴム)、酸素濃度、走査速度、及び照射電流の少なくとも一つを表3〜表5に示す条件に変更した以外は、実施例1と同様にして、帯電ローラを作製し、各評価を行った。評価結果を表3〜表5に示す。尚、アクリロニトリルブタジエンゴムとして使用したN230SV(JSR(株)製)及びN220S(JSR(株)製)のアクリロニトリル量含有率はそれぞれ35質量%及び41質量%である。
カーボンブラック1の配合量を30質量部に変更した以外は実施例1と同様にして帯電ローラを作製し、各評価を行った。結果を表5に示す。なお、本実施例に係る帯電ローラは、表面観察の結果、他の実施例に係る帯電ローラと同様に、外添剤等の付着による汚れは認められなかった。しかしながら、表面層からの深さが300μmのヤング率cが、表面のヤング率bよりも大きいため、電子写真感光体との当接が他の実施例と比較して安定せず、耐久後画像の評価結果が、「B」ランクとなった。
酸素濃度を表6に示す値に変更した以外は、実施例2と同様にして帯電ローラを作製し、各評価を行った。評価結果を表6に示す。
酸素濃度のみ、または、酸素濃度及び照射電流を表6に示す値に変更した以外は、実施例1と同様にして帯電ローラを作製し、各評価を行った。評価結果を表6に示す
酸素濃度を26000ppmに、照射電流を3.8mAに、及び走査速度を0.4(m/min)に変更した以外は実施例3と同様にして帯電ローラを作製し、各評価を行った。評価結果を表6に示す。
酸素濃度を18000ppmに変更した以外は、実施例9と同様にして帯電ローラを作製し、各評価を行った。評価結果を表6に示す。
11 導電性の支持体
12 弾性層
Claims (13)
- 導電性の支持体と、表面層としての弾性層とを有する帯電部材であって、
該弾性層は、深さ方向の各位置のヤング率の分布において少なくとも1つの極大値を有し、
該ヤング率の極大値のうち該弾性層の表面に最も近い深さ方向の位置Pmaxにおけるヤング率の極大値をa(MPa)とし、
該位置Pmaxの該弾性層の表面からの深さをTmax(μm)とし、
該弾性層の表面からの深さが0.1(μm)の位置における該弾性層のヤング率をb(MPa)としたとき、
下記数式(1)〜(3)の条件を満たすことを特徴とする帯電部材:
0.8μm≦Tmax≦2.5μm ・・・(1)
0.6MPa≦b≦1.2MPa ・・・(2)
(a−b)/b≧0.40 ・・・(3)。 - 前記ヤング率b(MPa)は、前記弾性層の表面からの深さが300μmの位置における該弾性層のヤング率c(MPa)よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の帯電部材。
- 前記弾性層を構成する材料がバインダーポリマーとしてアクリロニトリルブタジエンゴムを含む請求項1または2に記載の帯電部材。
- 前記弾性層が、バインダーポリマー100質量部に対してカーボンブラックを20質量部以上70質量部以下含有する請求項1〜3のいずれかの一項に記載の帯電部材。
- 前記深さTmaxが、0.8μm以上1.8μm以下である請求項1〜4のいずれか一項に記載の帯電部材。
- 前記ヤング率の極大値aが、1.5MPa以上である請求項1〜5のいずれか一項に記載の帯電部材。
- 前記ヤング率bが、0.7MPa以上1.2MPa以下である請求項1〜6のいずれか一項に記載の帯電部材。
- 該帯電部材は、ローラ形状である請求項1〜7のいずれか一項に記載の帯電部材。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の帯電部材の製造方法であって、導電性の支持体の外周の加硫ゴム層に対して酸素濃度が500ppm以上13000ppm以下の雰囲気下で電子線を照射して前記弾性層を形成する工程を有することを特徴とする帯電部材の製造方法。
- 前記電子線の加速電圧が、40kV以上300kV以下である請求項9に記載の帯電部材の製造方法。
- 前記電子線の線量が、30kGy以上3000kGy以下である請求項9または10に記載の帯電部材の製造方法。
- 電子写真感光体と、該電子写真感光体に接触して配置されている帯電部材とを有する電子写真装置であって、該帯電部材が請求項1〜8のいずれか一項に記載の帯電部材であることを特徴とする電子写真装置。
- 電子写真感光体と、該電子写真感光体に接触して配置されている帯電部材とを有し、電子写真装置の本体に着脱可能に構成されているプロセスカートリッジであって、該帯電部材が請求項1〜8のいずれか一項に記載の帯電部材であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
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