JP7222708B2 - 電子写真用ローラ、プロセスカートリッジ及び電子写真画像形成装置 - Google Patents
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Description
導電性基体と、該導電性基体上の導電性の弾性層とを有する電子写真用ローラであって、該弾性層は、バインダーを含み、電子写真用ローラの表面の一部は、該弾性層によって構成されている。
該電子写真用ローラの表面は、複数個の凸部を有し、
該電子写真用ローラの表面の一部は、該弾性層によって構成されており、
該凸部の各々のヤング率が、0.01~5000MPaであり、
該電子写真用ローラをガラス板に対して、該電子写真用ローラと該ガラス板とで形成されるニップの単位面積当たりの荷重が、6.5g/mm2となるように押圧したときにおける該電子写真用ローラの該凸部と該ガラス板との第1接触部の各々の面積の平均値S1aveが10μm2以上であり、
該第1接触部の各々を該導電性基体の表面に正投影させて得られる該接触部の正投影像について、該電子写真用ローラの軸に沿う方向に直交する方向の最大長さをL1-1とし、該電子写真用ローラの軸に沿う方向の最大長さをL1-2としたとき、L1-1及びL1-2が下記式(1)の関係を満たし、かつ
該電子写真用ローラをガラス板に対して、該電子写真用ローラと該ガラス板とで形成されるニップの単位面積当たりの荷重が、14.3g/mm2となるように押圧したときにおける該電子写真用ローラの該凸部と該ガラス板との第2接触部の各々の面積の平均値S2aveが200μm2以下であり、
該第2接触部の各々を該導電性基体の表面に正投影させて得られる該接触部の正投影像について、該電子写真用ローラの軸に沿う方向に直交する方向の最大長さをL2-1とし、該電子写真用ローラの軸に沿う方向の最大長さをL2-2としたとき、L2-1及びL2-2が下記式(2)の関係を満たす電子写真用ローラが提供される。
該被覆層の表面を研磨することにより、中空形状の樹脂粒子のシェルの一部を削除して開口を有するボウル形状とし、該被覆層の表面に、該ボウル形状の樹脂粒子の開口のエッジ部と樹脂粒子の内壁とで規定される凹部と、該開口のエッジ部に由来する凸部と、を形成する工程、
該導電性ローラを酸素含有雰囲気下にて加熱処理する工程、該被覆層の表面に粒子を塗布する工程、テープ研磨方式により該研磨工程と対向する方向に回転する該被覆層の表面仕上げ研削を行う工程、
を有する前記電子写真用ローラの製造方法が提供される。
また、本発明の他の態様によれば、中心軸に沿う方向に長い凹み形状を有する円筒金型に、導電性基体を組み込み、射出成型により材料を注入する工程を有する前記電子写真用ローラの製造方法が提供される。
また更に、本発明の他の様態によれば、電子写真感光体と、該電子写真感光体を帯電する帯電ローラと、を具備し、該帯電ローラが、上記の電子写真用ローラである電子写真画像形成装置が提供される。
式(1A)
D1=arctan(L1-1/L1-2)
式(2A)
D2=arctan(L2-1/L2-2)
電子写真用ローラの長手方向、すなわち電子写真用ローラの軸(回転中心軸方向)の全幅にわたってガラス板を配置する。この配置状態を維持し、ガラス板を透過して、ガラス板非当接時観察画像を得る。この状態において、電子写真用ローラと該ガラス板とで形成されるニップの単位面積当たりの荷重が、6.5g/mm2、14.3g/mm2となるように押圧し、ガラス板を電子写真用ローラに当接させ、ガラス板当接時観察画像を得る。また、「ニップ」とは、電子写真用ローラとガラス板との間の接触部であり、より詳しくは、電子写真用ローラの軸に沿う方向(長手方向)に直交する方向(周方向)における、電子写真用ローラとガラス板との接触点の周方向の両端の2箇所について、各々の接触点を通る電子写真用ローラの長手方向に平行な2本の直線で挟まれる領域である。さらにガラス板非当接時観察画像内で最も高い凸部を視野の中心とし、接触部の詳細形状を得るため、高い倍率に切り替え、ガラス板当接時詳細観察画像を得る。
なお、ガラス板は、電子写真用ローラが当接される感光体等の部材をモデル化したものであり、ガラス板を用いることによって、後述する観察手法により電子写真用ローラと感光体等の部材との当接状態を模擬的に可視化することが可能となる。
図1(a)のAがエッジ部とガラス板13との接触部であり、その接触部Aを矢印Bの方向、すなわちガラス板のエッジ部との接触面に対して反対側の面から顕微鏡にて観察すると、図1(b)に示すような接触部Aが確認される。エッジ部とガラス板との接触部において、荷重6.5g/mm2負荷時の接触部を第1接触部とする。次に、第1接触部の各々を該導電性基体の表面に正投影させ該接触部の正投影像を得る。得られた該接触部の正投影像について、該電子写真用ローラの軸に沿う方向(長手方向)Cに直交する方向の最大長さをL1-1とする。また、該電子写真用ローラの長手方向Cの最大長さをL1-2とする。荷重14.3g/mm2負荷時の接触部を第2接触部とする。次に、第2接触部の各々を該導電性基体の表面に正投影させて得られる該接触部の正投影像を得る。得られた該接触部の正投影像について、該電子写真用ローラの長手方向Cに直交する方向の最大長さをL2-1とする。また、該電子写真用ローラの長手方向Cの最大長さをL2-2とする。それぞれの荷重において高倍率による観察で得られたガラス板当接時詳細観察画像から、L1-1、L1-2、L2-1、L2-2を計測する。計測したL1-1、L1-2、L2-1、L2-2を上記式(1)及び式(2)に代入し、D1、D2を算出する。
GJ=Gk2La(Lb)3 ・・・式(3)
ここでGはせん断弾性係数、Jはねじり定数であり、k2はLa/Lbによって変化する係数で一般的に表1のような値をとる。
L1-1、L2-1は、本発明の電子写真用ローラをガラス板に当接した際(L1-1:荷重6.5g/mm2負荷時、L2-1:荷重14.3g/mm2負荷時)の接触部の回転軸に直交する方向の最大長さを表している。L1-1、L2-1は、小さいほどねじり変形を起こしやすく、周速乱れの低減効果が大きい。すなわち、L1-1、L2-1は1μm以上10μm以下であることが好ましく、特には2μm以上9μm以下がより好ましい。
L1-2、L2-2は、本態様に係る電子写真用ローラをガラス板に当接した際(L1-2:荷重6.5g/mm2負荷時、L2-2:荷重14.3g/mm2負荷時)の接触部の回転軸に沿う方向の最大長さを表している。L1-2、L2-2は、小さいほどねじり変形を起こしやすい。かつ、L1-2、L2-2は、L1-1、L2-1に比べ、大きいほど周速乱れの低減効果が大きくなる。すなわち、L1-2、L2-2は2μm以上200μm以下であることが好ましく、特には10μm以上150μm以下がより好ましい。
凸部の評価に用いるガラス板としては、例えば、材質:BK7、面精度:両面光学研磨面、平行度:1分以内、厚み:2mmのガラス板が用いられる。先に、図1(a)において説明したように、ガラス板の一方の平面として形成された面を、電子写真用ローラを押圧する接触用の面として利用し、その反対側の面を接触部の観察用の面として利用することができる。図10(b)に示すように、ガラス板の幅(W2)は、電子写真用ローラの軸(回転軸)方向(すなわち、長手方向)の幅(W1)と同等以上(W1≦W2)とされる。また、ガラス板の幅(W2)と直交する方向の長さ(L)は、上述したSaveの算出に必要な情報を得るためのニップ部が形成可能なであるように設定すればよい。例えば、長さ(L)は電子写真用ローラの軸に直交する方向の長さ、すなわち外径(d)以上とすることが好ましい。
方法1:電子写真用ローラの回転軸に沿う方向に長い凹み形状を有する円筒金型に、材料を注入し、金型の凹み形状に対応する凸部を転写する方法。
方法2:被覆層の表面を酸素含有雰囲気下(大気雰囲気下等)にて加熱処理した後、粉塗布を行い、表面仕上げ研削を行う方法。
本態様に係る電子写真用ローラの一例を示す概略断面図を図4に示す。図4(a)の電子写真用ローラは、導電性基体1と導電性弾性層2を有している。導電性弾性層は図4(b)に示すように、導電性弾性層21及び22の2層構成であってもよい。尚、導電性弾性層は、バインダーを含有している。さらに方法2では、導電性弾性層にボウル形状の樹脂粒子を含有し、後述のエッジ部に由来する凸部により式(1)、式(2)を満たす凸部を形成する。
導電性基体1及び導電性弾性層2、あるいは、導電性基体1上に順次積層する層(例えば、図4(4b)に示す導電性弾性層21及び22は、接着剤を介して接着してもよい。この場合、接着剤は導電性であることが好ましい。導電性の接着剤には公知のものを用いることができる。接着剤の基材樹脂としては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂が挙げられるが、ウレタン系、アクリル系、ポリエステル系、ポリエーテル系、エポキシ系の如き公知の樹脂を用いることができる。接着剤に導電性を付与するための導電剤としては、後に詳述する導電性微粒子から適宜選択し、1種類を単独で、又は2種類以上を組み合わせて用いることができる。
導電性基体は、導電性を有し、その上に設けられる導電性弾性層を支持する機能を有するものである。材質としては、例えば、鉄、銅、アルミニウム、ニッケルの如き金属やその合金(ステンレス鋼等)を挙げることができる。
導電性弾性層に含有されるバインダーとしては、公知のゴム又は樹脂を用いることができる。ゴムとしては、例えば、天然ゴムやこれを加硫処理したもの、合成ゴムを挙げることができる。合成ゴムとしては以下のものが挙げられる。エチレンプロピレンゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、シリコーンゴム、ウレタンゴム、イソプロピレンゴム(IR)、ブチルゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)、クロロプレンゴム(CR)、ブタジエンゴム(BR)、アクリルゴム、エピクロルヒドリンゴム及びフッ素ゴム。
樹脂としては、例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂の如き樹脂が使用できる。中でも、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリルウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ブチラール樹脂がより好ましい。これらは1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。また、これらバインダーの原料である単量体を共重合させ、共重合体としてもよい。ただし、方法1では後述する円筒金型の中心軸に沿う方向に長い凹み形状を、精度良く転写するため、流動性の高いバインダーを選定することが好ましい。具体的には、分子量の小さいシリコーンゴム、NBRが例示できる。ただし、電子写真ローラにしたときのヤング率が、0.01~5000MPa程度であり、ねじれ変形に耐えうる材料を選択する必要がある。
尚、方法1では後述する理由により、分子中に2重結合を有し、且つ、耐熱性の高いスチレンブタジエンゴム(SBR)、ブチルゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)、クロロプレンゴム(CR)、ブタジエンゴム(BR)を使用することが、より好ましい。
また、導電性弾性層中のバインダーの導電率とボウル形状の樹脂粒子由来の凹部の導電率を制御するため、導電性弾性層中にシリコーンオイルを含有させることが好ましい。シリコーンオイルの構造としては、直鎖型のジメチルポリシロキサンが好ましい。また、シリコーンオイルの含有量としては、バインダー100質量部に対して、0.2質量部以上2.0質量部以下、特には、0.4質量部以上、1.0質量部以下が好ましい。これによって、電子写真用ローラの導電率をより良く制御することができる。また、シリコーンオイルの粘度としては、後述するが、20mm2/s以上、200mm2/s以下が好ましく、より好ましくは、30mm2/s以上、100mm2/s以下である。
導電性弾性層の体積抵抗率の目安としては、温度23℃、相対湿度50%の環境下において、1×102Ωcm以上、1×1016Ωcm以下とすることが好ましい。本範囲内とすることで、放電により感光体を適切に帯電することが、より容易になる。そのために、導電性弾性層中に、公知の導電性微粒子を含有してもよい。導電性微粒子としては金属酸化物、金属、カーボンブラック、グラファイトの微粒子が挙げられる。また、これらの導電性微粒子を、1種類単独で又は2種類以上を組み合わせて用いることができる。導電性弾性層中における導電性微粒子の含有量の目安としては、バインダー100質量部に対して2~200質量部、特には5~100質量部である。
方法1に係る導電性弾性層を形成する方法の一例を図5に示す。図5(a)における領域Eの拡大図を図5(b)に、図5(b)における領域Fの拡大図を図5(c)に示す。
53は弾性層の形成に使用する金型51の内壁を示しており、円筒金型の中心軸に沿う方向に長い凹み形状54を有している。この凹み形状54において、中心軸に沿う方向の長さをK1、中心軸に沿う方向に直交する方向の長さをK2としたとき、K1は2μm以上200μm以下が好ましく、K2は1μm以上10μm以下が好ましい。該凹み形状を有する円筒金型に同心に軸状の芯金を保持する2つの円筒駒を組み、円筒金型の軸方向に平行に分割される加熱用熱盤で挟み込み加熱することにより、軸状の芯金の周囲に、上記弾性層を円筒状に上記芯金と一体的に成形し、該凹み形状から転写することで、式(1)、式(2)を満たす凸形状を弾性層表面に形成する。
方法2に係る導電性弾性層を形成する方法を以下に例示する。まず、導電性基体上に、バインダー中に中空形状の樹脂粒子を分散させた組成物の被覆層を形成する。その後、被覆層の表面を研磨することにより、中空形状の樹脂粒子のシェルの一部を削除して開口を有するボウル形状とし、該ボウル形状の樹脂粒子の開口のエッジ部と該樹脂粒子の内壁とで規定される凹部と、該ボウル形状の樹脂粒子の開口のエッジ部に由来する凸部を形成する(以下、これらの凹凸を含む形状を「ボウル形状の樹脂粒子の開口による凹凸形状」と称す)。次いで、該凹部への導電性微粒子の塗布、又は、酸素含有雰囲気下での被覆層の加熱処理等によって、被覆層の表面に存在する材料の導電率を調整する。
まず、予備被覆層中に中空形状の樹脂粒子を分散させる方法について説明する。一つの方法としては、内部に気体を含有している中空形状の樹脂粒子を、バインダー中に分散させた導電性樹脂組成物の塗膜を導電性基体上に形成し、塗膜を乾燥、硬化、又は架橋等を行う方法を例示することができる。尚、導電性樹脂組成物中には導電性粒子を含有させることができる。中空形状の樹脂粒子に使用する材料としては、気体透過性が低く、高反発弾性を有するという観点から、極性基を有する樹脂が好ましく、下記化学式(I)に示すユニットを有する樹脂が、より好ましい。特に研磨性を制御しやすいという観点から、化学式(I)に示すユニットと、化学式(II)に示すユニットを両方有することが、更に好ましい。
導電性弾性層中には上記の他に、絶縁性粒子や、硬度を調整するために、軟化油及び可塑剤の如き添加剤を含有させても良い。可塑剤としては高分子タイプのものを用いることが好ましく、その重量平均分子量は好ましくは2000以上、より好ましくは4000以上である。さらに、種々な機能を付与する材料として、老化防止剤、充填剤、加工助剤、粘着付与剤、粘着防止剤、分散剤、粗し粒子以外の樹脂粒子を含有させてもよい。樹脂粒子としては、以下のものが挙げられる。ポリメタクリル酸メチル粒子、ポリエチレン粒子、シリコーンゴム粒子、ポリウレタン粒子、ポリスチレン粒子、アミノ樹脂粒子、又はフェノール樹脂粒子。
続いて、予備被覆層の形成方法について説明する。予備被覆層の形成方法としては、静電スプレー塗布、ディッピング塗布、ロール塗布のような塗布法により導電性基体上に導電性樹脂組成物の層を形成し、乾燥、加熱、架橋等によってこの層を硬化させる方法が挙げられる。また、導電性樹脂組成物を所定の膜厚に成膜し硬化させたシート形状又はチューブ形状の層を、導電性基体に対して接着又は被覆する方法が挙げられる。更に、導電性基体を配置した型の中に導電性樹脂組成物を入れて硬化させて予備被覆層を形成する方法が挙げられる。また、特に、バインダーがゴムの場合には、クロスヘッドを備えた押出機を用いて、導電性基体と未加硫ゴム組成物を一体的に押出して作製することもできる。クロスヘッドとは、電線や針金の被覆層を構成するために用いられる、押出機のシリンダ先端に設置して使用する押出金型である。この後、乾燥、硬化又は架橋等を経た後、予備被覆層の表面を研磨して、中空形状の樹脂粒子のシェルの一部を削除してボウル形状とする。研磨方法としては、円筒研磨方法やテープ研磨法を使用できる。円筒研磨機としては、トラバース方式のNC円筒研磨機、プランジカット方式のNC円筒研磨機が例示できる。
予備被覆層の厚みが中空形状の樹脂粒子の平均粒径の5倍以下の場合、予備被覆層の表面には、中空形状の樹脂粒子由来の凸部が、形成されている場合が多い。この場合には、中空形状の樹脂粒子由来の凸部の一部を樹脂粒子の中空内壁が露出するまで研磨してボウル形状とし、ボウル形状の樹脂粒子の開口による凹凸形状を形成することができる。この場合、研磨時に予備被覆層にかかる圧力が比較的小さい、テープ研磨方式を使用することがより好ましい。一例として、テープ研磨方式を使用する際の、予備被覆層の研磨条件として好ましい範囲を下記に示す。
研削方向は、凸形状による接触部が式(1)及び式(2)を満たすように、後述の表面仕上げ工程と対向する一方向とすることが好ましい。
予備被覆層の厚みが中空形状の樹脂粒子の平均粒径の5倍を超える場合、予備被覆層の表面には、中空形状の樹脂粒子由来の凸部が形成されていない場合が発生する。この様な場合は、中空形状の樹脂粒子と予備被覆層の材料との研磨性の差を利用して、ボウル形状の樹脂粒子の開口による凹凸形状を形成可能である。中空形状の樹脂粒子は、内部に気体を内包しているため、高反発弾性を有する。これに対し、予備被覆層のバインダーとしては、比較的反発弾性が低く、且つ、伸びの小さなゴム又は樹脂を選択する。これにより予備被覆層は研磨されやすく、中空形状の樹脂粒子は研磨されにくい状態を達成できる。上記状態の予備被覆層を研磨すると、中空形状の樹脂粒子は、予備被覆層と同じ状態で研磨されることなく、中空形状の樹脂粒子のシェルの一部が削除されたボウル形状とすることができる。これにより、被覆層の表面に、ボウル形状の樹脂粒子の開口による凹凸形状を形成することができる。この方法は、中空形状の樹脂粒子と予備被覆層の材料との研磨性の差を利用して、凹凸形状を形成する方法であるため、予備被覆層に使用する材料(バインダー)としては、ゴムが好ましい。この中でも、低反発弾性、且つ、伸びが小さいという観点から、アクリロニトリルブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴムを使用することが特に好ましい。
続いて、加熱処理手法について、以下に詳述する。酸素含有雰囲気下での加熱処理では、酸化架橋が進行することにより、ボウル形状の樹脂粒子の樹脂の架橋度が増大する。酸化架橋が進行する程、樹脂は硬化する。前記式(1)及び式(2)を満たすためには、適度に樹脂を硬化することが好ましく、酸化架橋の度合いは、加熱処理温度、架橋部の酸素濃度により調整できる。加熱温度については、高温である程、架橋度が高くなる。酸素濃度については、架橋部の酸素濃度が高い程、酸化架橋を進行させることができる。従って、上記の加熱温度と樹脂中の酸素濃度を制御することにより、樹脂の硬度を制御することが可能である。この際、樹脂中の酸素濃度を制御する手法として、ボウル形状の樹脂粒子のボウル(中空形状の樹脂粒子のシェル)の酸素ガス透過度を調整することが有用である。
続いて粒子塗布手法について、以下に詳述する。粒子塗布手法の一例として図6に粒子と塗布して表面層を形成する塗布装置の概略図を示す。当該粒子塗布装置は粒子60、粒子貯蓄部61、粒子塗布ローラ62、及び粒子被塗布部材63からなり、粒子被塗布部材63として電子写真用ローラを設置することで、表面層を形成できる。
尚、粒子塗布の手法については、粒子を分散した分散液等を塗布する、静電スプレー塗布、ディッピング塗布、ロール塗布など公知の手段を使用することができるが、上記式(1)及び式(2)を満たす表面形状を形成可能な手法であれば、特にこれらの手法に限定されない。
続いて表面仕上げ研削手法について、以下に詳述する。表面仕上げ研削の一例として図7に示すテープ研磨方式を使用する際の、被覆層の研磨条件として好ましい範囲を以下に示す。
研磨テープ72は、研磨砥粒を樹脂中に分散させ、それを、シート状基材に塗布して得られるものである。研磨砥粒としては、酸化アルミニウム、酸化クロム、酸化鉄、ダイヤモンド、酸化セリウム、コランダム、窒化珪素、炭化ケイ素、炭化モリブデン、炭化タングステン、炭化チタン及び酸化珪素が例示できる。研磨砥粒の平均粒径は、0.01μm以上、50μm以下が好ましく、より好ましくは、1μm以上、30μm以下である。尚、上記研磨砥粒の平均粒径は、遠心沈降法により測定されたメジアン径D50である。上記好ましい範囲の研磨砥粒を有する研磨テープの番手の好ましい範囲は、500以上、20000以下であり、より好ましくは、1000以上、10000以下である。
該被覆層の表面を導電性ローラの周方向の一方向に研磨することにより、中空形状の樹脂粒子のシェルの一部を削除して開口を有するボウル形状とし、該被覆層の表面に該ボウル形状の樹脂粒子の開口のエッジ部と樹脂粒子の内壁とで規定される凹部と、該開口のエッジ部に由来する凸部を形成する工程2、
該導電性ローラを酸素含有雰囲気下にて加熱処理する工程3、
該導電性ローラの表面層に粒子を塗布する工程4、及び、
テープ研磨方式により該被覆層の表面仕上げ研削を工程2と対向した一方向に行う工程5、
を有する電子写真用ローラの製造方法。
該被覆層の表面を導電性ローラの周方向の一方向に研磨することにより、中空形状の樹脂粒子のシェルの一部を削除して開口を有するボウル形状とし、該被覆層の表面に該ボウル形状の樹脂粒子の開口のエッジ部と樹脂粒子の内壁とで規定される凹部と、該開口のエッジ部に由来する凸部を形成する工程2、
該導電性ローラを酸素含有雰囲気下にて加熱処理する工程3、及び、
エッジ部に由来する凸部のみを切削するように、該導電性ローラと研磨テープとの距離を制御した状態で、テープ研磨方式により該被覆層の表面仕上げ研削を工程2と対向した一方向に行う工程4、
を有する電子写真用ローラの製造方法。
本発明の一態様に係る電子写真画像形成装置は電子写真感光体と、該電子写真感光体を帯電する帯電ローラとを具備する。
本発明の一態様に係る電子写真画像形成装置の一例の概略構成を図8に示す。この電子写真装置は、電子写真感光体、電子写真感光体を帯電する帯電装置、露光を行う潜像形成装置、トナー像に現像する現像装置、転写材に転写する転写装置、電子写真感光体上の転写残トナーを回収するクリーニング装置、トナー像を定着する定着装置等から構成されている。本発明の一態様に係る電子写真用ローラは、この電子写真画像形成装置の帯電装置が備える帯電ローラとして使用することができる。
帯電装置は、電子写真感光体82に所定の押圧力で当接されることにより接触配置される接触式の帯電ローラ81を有する。帯電ローラ81は、電子写真感光体82の回転に従い回転する従動回転であり、帯電用電源89から所定の直流電圧を印加することにより、電子写真感光体82を所定の電位に帯電する。電子写真感光体82に静電潜像を形成する潜像形成装置(不図示)は、例えばレーザービームスキャナーなどの如き露光装置が用いられる。一様に帯電された電子写真感光体82に画像情報に対応した露光光87を照射することにより、静電潜像が形成される。
クリーニング装置は、ブレード型のクリーニング部材86、回収容器88を有し、現像されたトナー像が転写材に転写された後に、電子写真感光体82上に残留する転写残トナーを機械的に掻き落とし回収する。ここで、現像装置にて転写残トナーを回収する現像同時クリーニング方式を採用することにより、クリーニング装置を省くことも可能である。転写材に転写されたトナー像は、不図示の加熱装置によって加熱された定着ベルト85と、該定着ベルトに対向して配置されたローラとの間を通過することで、転写材に定着される。
本発明の一態様に係るプロセスカートリッジは、電子写真感光体と、該電子写真感光体を帯電する帯電ローラと、を具備し、電子写真画像形成装置の本体に着脱可能に構成されている。
該プロセスカートリッジの概略構成を図9に示す。このプロセスカートリッジは、電子写真感光体92、帯電ローラ91、現像ローラ93、クリーニング部材96等を一体化し、電子写真画像形成装置の本体に着脱可能に構成されている。本発明の一態様に係る電子写真用ローラは、このプロセスカートリッジが備える帯電ローラ91として使用することができる。
イオン交換水4000質量部と、分散安定剤としてコロイダルシリカ9質量部及びポリビニルピロリドン0.15質量部からなる水性混合液を調製した。次いで、重合性単量体としてアクリロニトリル50質量部、メタクリロニトリル45質量部、及び、メチルアクリレート5質量部と、内包物質としてノルマルヘキサン12.5質量部と、重合開始剤としてジクミルパーオキシド0.75質量部からなる油性混合液を調製した。この油性混合液を、前記水性混合液に添加し、更に水酸化ナトリウム0.4質量部を添加することにより、分散液を調製した。
得られた分散液を、ホモジナイザーを用いて3分間攪拌混合し、窒素置換した重合反応容器内へ仕込み、400rpmの攪拌下、60℃で20時間反応させることにより、反応生成物を調製した。得られた反応生成物について、濾過と水洗を繰り返した後、80℃で5時間乾燥することで樹脂粒子を作製した。この樹脂粒子を音波式分級機により解砕して分級することによって、樹脂粒子No.1を得た。
製造例A1において、分級条件を変更した以外は同様の方法で樹脂粒子No.2を得た。
コロイダルシリカの使用量、重合性単量体の種類と使用量、重合時の攪拌回転数の一つ以上を表2に示すように変更した以外は、製造例A1と同様の方法により樹脂粒子を作製し、分級することによって、樹脂粒子No.3及びNo.5~No.8を得た。
製造例A3において、分級条件を変更した以外は同様の方法で樹脂粒子No.4を得た。
製造例A7において、分級条件を変更した以外は同様の方法で樹脂粒子No.9を得た。
製造例A8において、分級条件を変更した以外は同様の方法で樹脂粒子No.10を得た。
樹脂粒子No.1~No.10の体積平均粒径測定を、レーザ回折型粒度分布計(商品名:コールターLS-230型粒度分布計、コールター社製)により行った。測定には、水系モジュールを用い、測定溶媒として純水を使用した。純水にて粒度分布計の測定系内を約5分間洗浄し、消泡剤として測定系内に亜硫酸ナトリウムを10~25mg加えて、バックグラウンドファンクションを実行した。次に純水50ml中に界面活性剤3滴~4滴を加え、更に測定試料(樹脂粒子)を1mg~25mg加えた。試料を懸濁した水溶液を超音波分散器で1分間~3分間分散処理を行い、被験試料液を調製した。前記測定装置の測定系内に被験試料液を徐々に加えて、装置の画面上の偏光散乱強度差(PIDS)が45%以上55%以下になるように測定系内の被験試料濃度を調整して測定を行った。得られた体積分布から体積平均粒子径Dvを算出した。樹脂粒子No.1~No.10の材料の処方、重合時の撹拌条件、及び、得られた樹脂粒子の体積平均粒径を表2に示す。
アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)(商品名:N230SV,JSR社製)100質量部に対し、表3の成分(1)の欄に示す他の材料を加えて、50℃に調節した密閉型ミキサーにて15分間混練した。これに、表3の成分(2)の欄に示す材料を添加した。次いで、温度25℃に冷却した二本ロール機にて10分間混練し、導電性ゴム組成物No.1を得た。
アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)(商品名:N230SV,JSR社製)100質量部に対し、表4の成分(1)の欄に示す他の材料を加えて、50℃に調節した密閉型ミキサーにて15分間混練した。これに、表4の成分(2)の欄に示す材料を添加した。次いで、温度25℃に冷却した二本ロール機にて10分間混練し、導電性ゴム組成物No.2を得た。
樹脂粒子(樹脂粒子No.3~No.8)を表6に示す条件とした以外は、製造例B2と同様にして導電性ゴム組成物No.3~No.8を得た。
アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)(商品名:N230SV,JSR社製)100質量部に対し、表5の成分(1)の欄に示す他の材料を加えて、50℃に調節した密閉型ミキサーにて15分間混練した。これに、表5の成分(2)の欄に示す材料を添加した。次いで、温度25℃に冷却した二本ロール機にて10分間混練し、導電性ゴム組成物No.9を得た。
製造例B9において、成分(2)記載の樹脂粒子、カーボンブラックを表6に示す条件に変更した以外は、製造例B9と同様にして導電性ゴム組成物No.10~No.12を得た。
製造例B1において、アクリロニトリルブタジエンゴムをブタジエンゴム(BR)(商品名:JSR BR01、JSR社製)に変更し、樹脂粒子、カーボンブラックを表6に示す条件とした以外は、製造例B1と同様にして導電性ゴム組成物No.13~No.16を得た。
上記導電性ゴム組成物No.1~No.16の処方を表6に示す。
1.導電性基体
直径6mm、長さ252.5mmのステンレス鋼製の基体に、カーボンブラックを10質量%含有させた熱硬化性樹脂を塗布し、乾燥したものを導電性基体として使用した。
2.導電性弾性層の形成
クロスヘッドを具備する押出成形装置を用いて、導電性基体を中心軸として、その周面上に円筒状に製造例B1で作製した導電性ゴム組成物No.1を被覆した。導電性ゴム組成物の厚みは、1.75mmに調整した。
押出後のローラを、熱風炉にて160℃で1時間加硫した後、ゴム層の端部を除去して、長さを224.2mmとし、予備被覆層を有するローラを作製した。得られたローラの外周面を、プランジカット式の円筒研磨機を用いて研磨した。研磨砥粒としてビトリファイド砥石を用い、砥粒は緑色炭化珪素(GC)で粒度は100メッシュとした。ローラの回転数を350rpmとし、研磨砥石の回転数を2050rpmとした。切り込み速度を20mm/minとし、スパークアウト時間(切り込み0mmでの時間)を0秒と設定して研磨を行い、導電性弾性層(被覆層)を有する導電性ローラを作製した。導電性弾性層の厚みは、1.5mmに調整した。尚、このローラのクラウン量(中央部の外径と中央部から両端部方向へ各90mm離れた位置の外径の差の平均値)は120μmであった。
3.電子写真用ローラの評価
3-1.電子写真用ローラをガラス板へ押圧した際の接触部の面積及び形状計測
ガラス板(幅(W2):300mm×長さ(L):50mm、厚み:2mm、材質:BK7、面精度:両面光学研磨、平行度:1分以内)を電子写真用ローラNo.1に接触させるガラス板として用いた。図10に示す冶具102を用い、ガラス板101の接触面としての第一の面を電子写真用ローラ103の長手方向の全幅(W1)にわたってガラス板101の幅(W2)が覆い、ガラス板101の第一の面が電子写真用ローラ103の回転軸と平行となるように配置した。この配置状態を維持し、ガラス板を透過してビデオマイクロスコープ(商品名:DIGITAL MICROSCOPE VHX-500、株式会社キーエンス社製)により観察し、ガラス板非当接時観察画像を得た。観察倍率は200倍で行った。同一視野を維持しながら、電子写真用ローラ103の両端にある導電性基体部からバネにより荷重Hをかけて、電子写真用ローラ103をガラス板101の第一の面へと押圧させた。その状態を維持して、電子写真用ローラ103とガラス板101の第一の面との接触面を、ガラス板101の第一の面に対して反対側の第2の面側(矢印G方向側)からガラス板を透過してビデオマイクロスコープ(商品名:DIGITAL MICROSCOPE VHX-500、株式会社キーエンス社製)により観察倍率は200倍で観察し、ガラス板当接時観察画像を得た。さらにガラス板非当接時観察画像内で最も高い凸部を視野の中心とし、観察倍率は1000倍で観察し、ガラス板当接時詳細観察画像を得た。
(式4)
M=2H/N
Nは荷重Hにより電子写真用ローラNo.1をガラス板101に押圧させた際に形成されるニップの面積である。
(式1A)
D1=arctan(L1-1/L1-2)(式2A)
D2=arctan(L2-1/L2-2)
まず、ニップ面積Nの算出方法について説明する。観察領域内の電子写真用ローラNo.1とガラス板との接触点の周方向の両端の2箇所について、各々の接触点を通る電子写真用ローラNo.1の長手方向に平行な2本の直線で挟まれる領域をニップ領域と定義し、ニップ領域を、前記ソフトウェアを用いて切り出した。この切り出したニップ領域の周方向長さを、電子写真用ローラNo.1の長手方向の中央部、中央部から両端部方向へ各45mm離れた位置、及び中央部から両端部方向へ各90mm離れた位置の、長手方向の各5箇所について計測し、その平均値と、電子写真用ローラNo.1とガラス板とが接触しているニップの長手方向長さを乗じることで、ニップ面積Nを算出した。
次に、得られたL1-1、L1-2、L2-1、L2-2から前記式(1)及び式(2)により各接触部におけるD1、D2を算出した。電子写真用ローラNo.1について算出したD1、D2、S1、S2及び各値の平均値を表7に示す。
図9に示す構成を有するプロセスカートリッジを着脱可能な電子写真装置であるキヤノン(株)製モノクロレーザープリンタ(「LBP6700」(商品名))を250mm/sec、370mm/secのプロセススピードを可変できるように改造した。このプリンタ用のプロセスカートリッジから付属の帯電ローラを取り外し、その代わりに電子写真用ローラNo.1を帯電ローラとしてセットした。帯電ローラは、電子写真感光体に対し、一端で4.9N、両端で合計9.8Nのバネによる押し圧力で当接させた。更に、外部より、帯電ローラに電圧を印加した。印加電圧は、交流電圧として、ピーク-ピーク電圧(Vpp)を1800V、周波数(f)を1350Hz、直流電圧(Vdc)を-600Vとした。画像の解像度は600dpiとした。
このプロセスカートリッジを温度15℃、相対湿度10%の低温低湿環境に24時間馴染ませた後、画像評価を行った。具体的には、ハーフトーン画像(電子写真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、得られた画像を目視にて観察し、ポチ状の画像欠陥の有無、及び、250mm/sec、370mm/secのプロセススピードでのバンディングによる横スジ状の画像欠陥の有無を下記基準により判定した。
ランク1:ポチ状の画像欠陥が認められない。
ランク2:ポチ状の画像欠陥がわずかに認められる。
ランク3:ポチ状の画像欠陥が一部の領域に、帯電ローラの回転ピッチに対応して発生していることが認められる。
ランク4:ポチ状の画像欠陥が広範囲に認められ、目立つ。
ランク1:横スジ状の画像欠陥が認められない。
ランク2:横スジ状の画像欠陥がわずかに認められる。
ランク3:横スジ状の画像欠陥が一部の領域に、帯電ローラの回転ピッチに対応して発生していることが認められる。
ランク4:横スジ状の画像欠陥が広範囲に認められ、目立つ。
ISO14577に基づき、ピコデンターHM500(商品名、株式会社フィッシャー・インストルメント社製)を用いて測定した。圧子としては、基部が正方形の角錐型ダイヤモンド圧子で、頂点を挟む対面角度が136°である圧子(ビッカース角錐)を用いた。測定は、電子写真用ローラの長手方向の中央部及び両端部(中央部から両端方向へ各90mmの位置)において行った。測定は上記圧子を所定の速度により所定の荷重が負荷されるまで押し込む工程(以下、「押し込み工程」と称する)と、所定の押し込み位置から所定の速度により荷重を除荷する工程(以下、「除荷工程」と称する)からなる。こうして得られる荷重変位曲線から、ヤング率を算出した。測定は、下記の条件にて行い、観察画像内で最も高い凸部を選択した。
<条件>
(押し込み工程)
・最大荷重=10mN
・押し込み時間=100秒
(除荷工程)
・最小荷重=0.005mN
・除荷時間=100秒
尚、除荷は圧子の最小荷重に到達するまで行った。ヤング率は、上記の条件で得られる荷重変位曲線の接線の傾きから算出した。電子写真用ローラ内で、観察位置を変更しながら、無作為に6箇所選び、そのヤング率の平均値を表8、表9に示す。
JIS B0601-2001による表面粗さの規格に準じて、表面粗さ測定器「SE-3500」(商品名、株式会社小坂研究所製)を用いて測定を行う。電子写真用ローラの測定箇所を無作為に6箇所選び、各測定箇所において下記式(5)を用いることで、Rskを求める。
実施例1において、導電性組成物の種類、ラッピングフィルムの砥粒粒径、スペーサ粒子の粒径を表8-1、表8-3に示したように変更した。それら以外は、実施例1と同様にして電子写真ローラNo.2~No.18、No.20~No.33を作製し、評価した。
各電子写真用ローラのL1-1、L1-2、L2-1、及びL2-2の各々の平均値(ave)、D1及びD2の平均値(ave)、30箇所の凸部のうち、D1が1/√3以下である凸部の数とその割合、D2が1/√3以下である凸部の個数とその割合、S1及びS2の平均値(ave)、ヤング率、並びにRskの平均値を表8-1、及び表8-3に示す。また、各電子写真用ローラについて測定したL1-1及びL2-1の全60データについて、1~10μmの範囲内にあるデータ個数とその割合、並びにL2-1及びL2-2の全60データについて、2~200μmの範囲内にあるデータ個数とその割合を表8-2、及び表8-4に示す。さらに、画像評価の結果を表8-2、及び表8-4に示す。
実施例1と同様の導電性基体を使用し、図5に示すK1:18μm、K2:5μmの凹み形状を有する円筒金型と該円筒金型に基体を保持する2つの円筒駒を組み、円筒金型の長手方向に平行に分割される加熱用熱盤で円筒金型を挟み込み150℃に加熱し、射出成型により導電性シリコーンゴム材料(商品名:「DY35-11」、東レダウコーニング社製)を円筒形金型内に注入後、15分間加熱して硬化反応させ、型から取り外した。その後、更に電気炉にて200℃、4時間加熱して硬化反応を完結させ、基体の外周面上にゴム層が形成された加硫ローラを得た。射出成形時の圧力は0.5MPaであった。室温で30分程度風乾し、更に熱風循環乾燥機中、温度140℃で4時間乾燥し、材料を硬化させて電子写真用ローラNo.19を得た。尚、研磨処理は行わなかった。
導電性ゴム組成物を表9に示す材料に変更し、研磨条件を変更したこと以外は、実施例1と同様にして、研磨した導電性ローラを作製した。各導電性ローラの表面に対して、特許文献1に記載の条件と同様の以下に示す条件で、電子線照射により処理を行って、電子写真用ローラNo.C1~No.C8を得た。
電子線の照射には、最大加速電圧150kV、最大電子電流40mAの電子線照射装置(岩崎電気株式会社製)を用い、照射時には窒素ガスパージを行った。処理条件は加速電圧:125kV、電子電流:35mA、処理速度:1.27m/min、酸素濃度:100ppmであった。
電子写真用ローラNo.C1~No.C8の物性測定及び画像評価の結果を表9-1~表9-2に示す。
一方、比較例1~8は、電子写真用ローラの表面形状が式(1)、式(2)を満たしていないため、バンディングによる横スジ状画像が発生した。
2:導電性弾性層
11:ボウル形状の樹脂粒子
13、101:ガラス板
21:導電性弾性層
22:導電性弾性層
31:電子写真感光体
32:特許文献1に記載の電子写真用部材
33:本発明の一様態における電子写真用ローラ
51:円筒金型
52:電子写真用ローラ
53:金型内壁
54:凹み形状
60:粒子
61:粒子貯蓄部
62:粒子塗布ローラ
63:粒子被塗布部材(電子写真用ローラ)
71:電子写真用ローラ
72:研磨テープ
81,91:帯電ローラ
82,92:電子写真感光体
Claims (12)
- 導電性基体と、該導電性基体上の表面層としての導電性の弾性層とを有する電子写真用ローラであって、
該弾性層は、バインダーを含み、
該電子写真用ローラの表面は、複数個の凸部を有し、
該電子写真用ローラの表面の一部は、該弾性層によって構成されており、
該凸部の各々のヤング率が、0.01~5000MPaであり、
該電子写真用ローラをガラス板に対して、該電子写真用ローラと該ガラス板とで形成されるニップの単位面積当たりの荷重が、6.5g/mm2となるように押圧したときにおける該電子写真用ローラの該凸部と該ガラス板との第1接触部の各々の面積の平均値S1aveが10μm2以上であり、
該第1接触部の各々を該導電性基体の表面に正投影させて得られる該接触部の正投影像について、該電子写真用ローラの軸に沿う方向に直交する方向の最大長さをL1-1とし、該電子写真用ローラの軸に沿う方向の最大長さをL1-2としたとき、L1-1及びL1-2が下記式(1)の関係を満たし、かつ
該電子写真用ローラをガラス板に対して、該電子写真用ローラと該ガラス板とで形成されるニップの単位面積当たりの荷重が、14.3g/mm2となるように押圧したときにおける該電子写真用ローラの該凸部と該ガラス板との第2接触部の各々の面積の平均値S2aveが200μm2以下であり、
該第2接触部の各々を該導電性基体の表面に正投影させて得られる該接触部の正投影像について、該電子写真用ローラの軸に沿う方向に直交する方向の最大長さをL2-1とし、該電子写真用ローラの軸に沿う方向の最大長さをL2-2としたとき、L2-1及びL2-2が下記式(2)の関係を満たすことを特徴とする電子写真用ローラ:
- 前記arctan(L1-1/L1-2)及び前記arctan(L2-1/L2-2)が、2/5以下である請求項1に記載の電子写真用ローラ。
- 前記L1-1及び前記L2-1の各々が、1μm以上10μm以下である請求項1又は2に記載の電子写真用ローラ。
- 前記L1-1及び前記L2-1の各々が、2μm以上9μm以下である請求項1~3のいずれか一項に記載の電子写真用ローラ。
- 前記L1-2及び前記L2-2の各々が、2μm以上200μm以下である請求項1~4のいずれか一項に記載の電子写真用ローラ。
- 前記L1-2及び前記L2-2の各々が、10μm以上150μm以下である請求項1~5のいずれか一項に記載の電子写真用ローラ。
- 前記弾性層は、開口を有するボウル形状の樹脂粒子を、該開口が前記電子写真用ローラの表面に露出する状態で保持してなり、
前記電子写真用ローラの表面は、該ボウル形状の樹脂粒子の該開口の由来する凹部を有し、かつ、
前記凸部は、該ボウル形状の樹脂粒子の該開口の周囲のエッジに由来する、請求項1~6のいずれか一項に記載の電子写真用ローラ。 - 前記ボウル形状の樹脂粒子のシェルが、アクリロニトリル樹脂、メタクリロニトリル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、メチルメタクリレート樹脂、及びこれらの樹脂から選ばれる少なくとも2種の共重合体からなる群から選択される少なくとも1つの樹脂を含む請求項7に記載の電子写真用ローラ。
- 前記弾性層が、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、クロロプレンゴム、及び、ブタジエンゴムからなる群から選択される少なくとも1種のゴムの架橋物を含む請求項1~8のいずれか一項に記載の電子写真用ローラ。
- 前記電子写真用ローラの表面の、JIS B 0601:2001に基づく、粗さ曲線のスキューネスRskが、負である請求項1~9のいずれか一項に記載の電子写真用ローラ。
- 電子写真画像形成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、電子写真感光体と、該電子写真感光体を帯電する帯電ローラと、を具備し、
該帯電ローラが、請求項1~10のいずれか一項に記載の電子写真用ローラであることを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 電子写真感光体と、該電子写真感光体を帯電する帯電ローラと、を具備し、
該帯電ローラが、請求項1~10のいずれか一項に記載の電子写真用ローラであることを特徴とする電子写真画像形成装置。
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