JP6519362B2 - 導電性部材、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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Description
基材と、前記基材上に設けられた弾性層と、前記弾性層上に設けられた表面層と、を備え、
前記表面層が、少なくとも第1樹脂及び導電剤を含む海部と少なくとも第2樹脂を含む島部とからなる海島構造を有し、
前記島部の平均径が、100nm以上且つ前記表面層の層厚の10分の1以下であり、
前記海部に含まれる前記導電剤が、前記海部と前記島部との界面付近に偏在している、
導電性部材。
前記海部に含まれる前記導電剤の量が、前記表面層に含まれる導電剤の総量の80%以上である、[1]に記載の導電性部材。
前記海部が前記第1樹脂としてポリアミド樹脂を含む、[1]又は[2]に記載の導電性部材。
前記海部が前記第1樹脂としてメトキシメチル化ポリアミド樹脂を含む、[1]又は[2]に記載の導電性部材。
[1]〜[4]のいずれか1項に記載の導電性部材を備える帯電装置。
像保持体と、
前記像保持体を帯電する帯電手段であって、[1]〜[4]のいずれか1項に記載の導電性部材を備える帯電手段と、
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。
像保持体と、
前記像保持体を帯電する帯電手段であって、[1]〜[4]のいずれか1項に記載の導電性部材を備える帯電手段と、
帯電した前記像保持体の表面に潜像を形成する潜像形成手段と、
前記像保持体の表面に形成された潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像手段と、
前記像保持体の表面に形成された前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
を備える画像形成装置。
[2]に係る発明によれば、海部に含まれる導電剤の量が、表面層に含まれる導電剤の総量の80%未満である場合に比べて、画像の濃度ムラの発生をより抑制する導電性部材が提供される。
[5]、[6]及び[7]に係る発明によれば、導電性部材の海島構造を有する表面層において、島部の平均径が上記範囲から外れる場合、又は、海部に含まれる導電剤が海部全体に分散している場合に比べて、画像の濃度ムラの発生を抑制する帯電装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置が提供される。
図1は、本実施形態に係る導電性部材の一例を示す概略斜視図である。図2は、本実施形態に係る導電性部材の一例の概略断面図である。図3は、本実施形態に係る導電性部材の一例における表面層を示す拡大断面図である。図2は、図1のA−A断面図である。
クライオミクロトーム法により、厚さ方向に切った表面層32の切片試料を調製し、この試料を走査型電子顕微鏡により観察して、島部33Bを任意に10個選択する。10個の島部33Bそれぞれについて、輪郭線上の任意の2点に引いた最大の長さ(いわゆる長径)を測定し、10個の長径の平均値を島部33Bの平均径(nm)とする。
表面層32に含まれる導電剤34は、少なくとも海部33Aに含まれ、また島部33Bに含まれていてもよいが、海部33Aにより多く含まれていることが好ましい。表面層32に含まれる導電剤34の総量に占める海部33Aに含まれる導電剤34の量の割合(「海部33Aへの偏在率」とも称する。)は、80%以上が好ましく、85%以上がより好ましい。
海部33Aに含まれる導電剤34が、海部33Aと島部33Bとの界面付近に偏在していることは、海部33Aと島部33Bとの界面から海部側に100nm以内の領域に存在する導電剤34の割合(「海部33Aにおける界面への偏在率」とも称する。)で示すことができる。海部33Aにおける界面への偏在率が80%以上である場合を、海部33Aに含まれる導電剤34が「海部33Aと島部33Bとの界面付近に偏在している」とする。海部33Aにおける界面への偏在率は、高いほど好ましく、85%以上がより好ましい。
クライオミクロトーム法により、厚さ方向に切った表面層32の切片試料を調製し、この試料を走査型電子顕微鏡により観察して、海部33A及び島部33Bを含む4μm×4μm四方の領域を任意に10領域選択する。それぞれの領域ごとに、全体における導電剤34の面積と、海部33Aにおける導電剤34の面積と、界面から海部側に100nm以内の領域における導電剤34の面積と、を測定する。なお、表面層32の層厚が4μmに満たない場合は、上記観察面積と同じ面積となるように、観察する領域数を増やす。
導電性部材の導電速度を上げる方策の一つとして、表面層の導電剤の配合量を多くすることが考えられる。しかし、導電剤の配合量を多くした場合、表面層内の導電剤の分散に偏りが生じて放電ムラが生じたり、比較的大型の凝集体が形成されて放電ムラが発生したりする場合がある。
なお、導電剤が、海部と島部との界面付近ではあるが島部の外側ではなく内側に偏在している場合と比べると、島部の内側ではなく外側に偏在している方が、導電剤の高濃度領域どうしの距離が近く、また、導電剤の高濃度領域と表面層表面との距離が近いので、表面層全体の層厚方向の導電効率が高くなると考えられる。
島部の平均径が100nm未満の場合には、表面層の層厚方向に並ぶ島部の個数が多くなってしまい、表面層全体の導電効率は向上しないと推測される。したがって、島部33Bの平均径は、100nm以上であり、好ましくは150nm以上であり、より好ましくは200nm以上である。
一方、島部の平均径が表面層の層厚の10分の1超の場合には、島部1個当たりの体積が大きくなり、島部33Bの外表面に沿った導電経路が長くなってしまうと考えられる。また、ロール表面からの放電がまばらになり、放電ムラが発生しやすくなる。したがって、島部33Bの平均径は、表面層32の層厚の10分の1以下であり、好ましくは15分の1以下であり、より好ましくは20分の1以下である。島部33Bの平均径は、具体的には、1000nm以下が好ましく、800nm以下がより好ましく、600nm以下が更に好ましい。
また、島部33Bの平均径は、前記分散液を弾性層31の外周面に塗布して表面層32を形成する場合において、弾性層31の外周面に塗布した前記分散液(「塗膜」とも称する。)の乾燥時間(塗膜が湿った状態の時間)を調整することにより制御し得る。塗膜が湿った状態である時間が長いほど、島部の大きさが大きくなり、塗膜が湿った状態である時間が短いほど、島部の大きさが小さくなる傾向がある。塗膜の乾燥時間は、前記分散液の調製に用いる溶剤の種類及び混合比、前記分散液の液温、塗膜の乾燥環境(温度、湿度、送風など)により制御し得る。
表面層32は、海島構造を有する。海島構造は、第1樹脂と第2樹脂との溶解度パラメータ(SP値)の差、及び、第1樹脂と第2樹脂との混合比を調整することで形成される。第1樹脂と第2樹脂とのSP値差は、海島構造が形成されやすい観点から、2以上10以下が好ましい。第1樹脂と第2樹脂との混合比は、適度な大きさの島部が形成されやすい観点から、第1樹脂100質量部に対して、第2樹脂を2質量部乃至20質量部混合することが好ましく、5質量部乃至15質量部がより好ましい。
表面層32の体積抵抗率は、103Ωcm以上1014Ωcm以下が好ましい。
弾性層31は、例えば、弾性材料と導電剤とその他添加剤とを含む。
弾性層31の体積抵抗率は103Ωcm以上1014Ωcm以下が望ましい。
シャフト30は、導電性の円筒状又は円柱状の部材であり、ここで導電性とは、体積抵抗率が1013Ωcm未満を意味する。
まず、円筒状又は円柱状のシャフト30の外周面に弾性層31が設けられたロール状部材を用意する。本ロール状部材の製造方法は、特に限定されない。例えば、ゴム材料と、必要に応じて、導電剤と、その他の添加剤とを含む混合物をシャフト30に巻き付け、加熱し加硫させて弾性層31を形成する製造方法が挙げられる。
また、本実施形態に係る導電性部材は、例えば、基材と弾性層との間に配設される接着層(プライマー層)、弾性層と表面層との間に配設される抵抗調整層又は移行防止層、表面層の外側(最表面)に配設されるコーティング層(保護層)を設けた構成であってもよい。
以下、本実施形態に係る帯電装置について説明する。図4は、本実施形態に係る帯電装置の一例の概略斜視図である。本実施形態に係る帯電装置は、帯電部材として、本実施形態に係る導電性部材を適用した形態である。
本実施形態に係る画像形成装置は、像保持体と、像保持体を帯電する帯電手段と、帯電した像保持体の表面に潜像を形成する潜像形成手段と、像保持体の表面に形成された潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像手段と、像保持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手段と、を備える。そして、帯電手段として、本実施形態に係る導電性部材を備える帯電手段、即ち、本実施形態に係る帯電装置を適用する。
未定着のトナー像の定着プロセスは、例えば、定着ローラと加圧ローラ又は加圧ベルトとの間に未定着のトナー像が転写された記録媒体Aを挿通させて、トナー中の結着樹脂、添加剤等の熱溶融による定着を行う。
[弾性層の形成]
弾性材料(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)100質量部に対して、導電剤(カーボンブラック、旭カーボン社製アサヒサーマル)15質量部、加硫剤(硫黄、200メッシュ。鶴見化学工業社製)1質量部、及び加硫促進剤(大内新興化学工業社製ノクセラーDM)2.0質量部を加えた混合物を、オープンロールで混練りし、弾性層形成用組成物を得た。SUS303を材質とする直径8mmのシャフト(導電性支持体)の外周面に、接着層を介して、プレス成形機を用いて弾性層形成用組成物を巻き付け、温度180℃の炉に入れて30分間加熱処理を施し、シャフト上に層厚3.5mmの弾性層を形成した。この弾性層の外周面を研磨して、層厚3.0mmの弾性層を有する直径14mmの導電性弾性ロールを得た。
メタノールと1−ブタノールの混合溶剤(メタノール:1−ブタノール=質量比3:1)に第1樹脂としてナイロン樹脂(N−メトキシメチル化ナイロン、鉛市製FR−101)を溶解した第1樹脂溶液(固形分濃度8質量%)100質量部と、メタノールと1−ブタノールの混合溶剤(メタノール:1−ブタノール=質量比3:1)に第2樹脂としてポリビニルブチラール樹脂(電気化学工業製デンカブチラール)10質量部を溶解し、カーボンブラック(キャボット社製MONARCH880)8質量部を加えて30分間攪拌して調製した第2樹脂溶液と、硬化剤(クエン酸)2質量部と、を混合し、ビーズミルにて分散し、分散液を得た。
分散液の温度を18.5℃に調整し、導電性弾性ロールの外周面に、環境温度21℃下にて浸漬塗布し、同温度下に保持して乾燥させた。
その後、160℃で20分間加熱して焼成し、層厚8μmの表面層を形成した。
実施例1の[表面層の形成]において、表1に従って樹脂を溶解する溶剤種及びその混合比、導電剤の部数、分散液の温度、並びに、塗布及び乾燥の環境温度を変更した以外は、実施例1と同様にして帯電ロールを得た。
実施例1の[表面層の形成]において、カーボンブラック8質量部をケッチェンブラックEC(ライオン社製)10質量部に変更し、表1に従って樹脂を溶解する溶剤種及びその混合比、分散液の温度、並びに、塗布及び乾燥の環境温度を変更した以外は、実施例1と同様にして帯電ロールを得た。
実施例1の[表面層の形成]において、第1樹脂をアラミンCM8000(東レ社製)100質量部に変更し、第2樹脂をエスレックB(積水化学製)10質量部に変更し、表1に従って樹脂を溶解する溶剤種及びその混合比、導電剤の部数、分散液の温度、並びに、塗布及び乾燥の環境温度を変更した以外は、実施例1と同様にして帯電ロールを得た。
[表面層の特性]
既述の通りにして、走査型電子顕微鏡(SEM)により、島部の平均径、海部への偏在率、及び海部における界面への偏在率を測定した。結果を表1に示す。
富士ゼロックス製カラー複写機DocuCentre Color450のプロセスカートリッジに、作製した帯電ロールを搭載し、温度10℃、相対湿度15%の環境下で、ハーフトーン画像(画像濃度50%)を出力し、10枚目及び1万枚目において濃度ムラを目視で観察し、下記のとおりに分類した。
G2(△):よく観察してようやく識別できる程度であり、許容できる。
NG(×):明らかに識別できる程度であり、許容できない。
Claims (6)
- 基材と、前記基材上に設けられた弾性層と、前記弾性層上に設けられた表面層と、を備え、
前記表面層が、少なくとも第1樹脂及び導電剤を含む海部と少なくとも第2樹脂を含む島部とからなる海島構造を有し、
前記島部の平均径が、100nm以上且つ前記表面層の層厚の10分の1以下であり、
前記海部に含まれる前記導電剤の量が、前記表面層に含まれる導電剤の総量の80%以上であり、
前記海部に含まれる前記導電剤が、前記海部と前記島部との界面付近に偏在している、
導電性部材。 - 前記海部が前記第1樹脂としてポリアミド樹脂を含む、請求項1に記載の導電性部材。
- 前記海部が前記第1樹脂としてメトキシメチル化ポリアミド樹脂を含む、請求項1に記載の導電性部材。
- 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の導電性部材を備える帯電装置。
- 像保持体と、
前記像保持体を帯電する帯電手段であって、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の導電性部材を備える帯電手段と、
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。 - 像保持体と、
前記像保持体を帯電する帯電手段であって、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の導電性部材を備える帯電手段と、
帯電した前記像保持体の表面に潜像を形成する潜像形成手段と、
前記像保持体の表面に形成された潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像手段と、
前記像保持体の表面に形成された前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
を備える画像形成装置。
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