JP7258670B2 - 電子写真用部材、プロセスカートリッジおよび電子写真画像形成装置 - Google Patents

電子写真用部材、プロセスカートリッジおよび電子写真画像形成装置 Download PDF

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Description

本開示は、電子写真方式を採用した装置に組み込まれる、電子写真用部材に関する。また、本発明は、プロセスカートリッジおよび電子写真画像形成装置に向けたものである。
一つの態様に係る電子写真画像形成装置(「電子写真装置」ともいう)においては、像担持体が帯電部材により帯電され、レーザーにより静電潜像が形成される。次に、現像容器内の現像剤が現像剤供給部材及び現像剤規制部材により現像部材上に塗布され、像担持体と現像部材との接触部または近接した領域において現像剤によって現像が行われる。その後、像担持体上のトナーは、転写手段により記録紙に転写され、熱と圧力により定着され、像担持体上に残留したトナーはクリーニングブレードによって除かれる。
このような電子写真装置に用いられる、帯電部材、現像剤供給部材および現像剤規制部材の如き電子写真用部材に対しては、初期状態における性能が長期に亘る使用によっても極力低下しないこと、すなわち、高い耐久性が求められる。
特許文献1は、ゴム弾性を有するゴム弾性体と、該ゴム弾性体の表面より含浸させた光硬化性組成物の硬化物より構成される表面処理層とを有する改質ゴム弾性体とそれを用いた電子写真用部材を開示している。該光硬化性組成物は、(メタ)アクリルモノマーと、シリコーン基および/またはフッ素含有基と(メタ)アクリロイル基とを分子内に有する光重合性ポリマーと光重合開始剤とを含む。そして、かかる電子写真用部材によれば、トナー離形性と低摩擦性の両立が図られることが記載されている。
特開2014-197064号公報
本発明の一態様は、長期に亘る使用によっても初期状態おける性能が低下し難い、耐久性に優れた電子写真用部材の提供に向けたものである。
本発明の他の態様は、高い耐久性を備えた電子写真用部材の製造方法の提供に向けたものである。
本発明の他の態様は、高品位な電子写真画像の安定した形成に資するプロセスカートリッジの提供に向けたものである。
本発明のさらに他の態様は、高品位な電子写真画像を安定して形成することのできる電子写真画像形成装置の提供に向けたものである。
本発明の一態様によれば、導電性の基体と、該基体上の表面層としての単層の弾性層とを有する電子写真部材であって、該表面層は、バインダー樹脂と、該バインダー樹脂中に分散されたカーボンブラックとを含み、該バインダー樹脂は、架橋ウレタン樹脂および架橋アクリル樹脂を含み、該表面層の外表面から深さ0.1μmまでの第1の領域においては、該架橋ポリウレタンと該架橋アクリル樹脂とが相互侵入高分子網目構造を構成しており、該カーボンブラックは、揮発分が0.4%以上である電子写真用部材が提供される。
また、本発明の他の態様によれば、導電性の基体と、該基体上の表面層としての単層の弾性層と、を有する電子写真部材であって、該表面層は、バインダー樹脂と、該バインダー樹脂中に分散されたカーボンブラックとを含み、該バインダー樹脂は、架橋ウレタン樹脂および架橋アクリル樹脂を含み、該表面層の外表面から深さ0.1μmまでの第1の領域は、該架橋ウレタン樹脂および該架橋アクリル樹脂を含み、該第1の領域からサンプリングされる第1の試料から測定される該架橋アクリル樹脂に由来する熱クロマトグラムのピークトップ温度をA1(℃)とし、該試料が含む架橋ウレタン樹脂を分解して得られる第2の試料から測定される該架橋アクリル樹脂に由来する熱クロマトグラムのピークトップ温度をA2(℃)としたとき、A1およびA2が下記式(1)で示される関係を満たし、該カーボンブラックは、揮発分が0.4%以上である電子写真用部材が提供される。
式(1) A1 >A2。
また、本発明の他の態様によれば、上記の電子写真用部材の製造方法であって、導電性の基体上に、バインダー樹脂としての架橋ウレタン樹脂と、揮発分が0.4%以上のカーボンブラックと、を含む樹脂層を形成する工程と、該樹脂層の外表面に、液状のアクリルモノマーを含浸させる工程と、含浸されたアクリルモノマーを硬化させる工程と、を有する電子写真用部材の製造方法が提供される。
さらに、本発明の他の態様によれば、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、上記の電子写真用部材を有しているプロセスカートリッジが提供される。
さらに、本発明の他の態様によれば、静電潜像を担持するための像担持体と、該像担持体を一次帯電するための帯電装置と、一次帯電された該像担持体に静電潜像を形成するための露光装置と、該静電潜像をトナーにより現像してトナー画像を形成するための現像部材と、該トナー画像を転写材に転写するための転写装置とを有し、該電子写真用部材が上記の電子写真用部材である電子写真画像形成装置が提供される。
本発明の一態様によれば、長期に亘る使用によっても初期状態おける性能が低下し難く、耐久性に優れた電子写真用部材を得ることができる。
本発明の他の態様によれば、高い耐久性を備えた電子写真用部材の製造方法を得ることができる。
本発明の他の態様によれば、高品位な電子写真画像の安定した形成に資するプロセスカートリッジを得ることができる。また、本発明のさらに他の態様によれば、高品位な電子写真画像を安定して形成することのできる電子写真画像形成装置を得ることができる。
本発明に係る現像部材の一例を示す概念図である。 本発明に係る電子写真画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本発明に係るプロセスカートリッジの一例を示す概略構成図である。 本発明に係る現像部材の断面の一例を示す概略図である。 本発明に係る現像部材の表面領域中の、架橋ウレタン樹脂、架橋アクリル樹脂およびカーボンブラックの推定される状態を模式的に示した図である。
本発明者らは、特許文献1に記載されているようなゴム弾性体の強度を向上させる方法について検討した。本発明者らの検討によれば、ゴム弾性体の表面からアクリルモノマーを含浸させたのち、該アクリルモノマーを硬化させる方法は、ゴム弾性体が有するゴム弾性を維持しつつ、当該ゴム弾性体の強度を向上させるうえで有利な方法と考えられた。すなわち、上記の方法で得られるゴム弾性体は、ゴム弾性体を構成している架橋ゴムの間隙部分にアクリル樹脂が入り込んだ、相互侵入高分子網目構造(Interpenetrating Polymer Network)を構成していると考えられる。以降、相互侵入高分子網目構造を、「IPN構造」と称する場合がある。IPN構造を構成している架橋ゴムとアクリル樹脂とは基本的には化学的な結合を有さないため、ゴム弾性が損なわれず、その一方で、架橋ゴムとアクリル樹脂との絡み合いによる強度の向上が期待される。
ここで、本発明者らは、ウレタン樹脂層の柔軟性を維持しつつ、当該ウレタン樹脂層の外表面の強度を向上させるために、上記IPN構造を表面領域に備えた電子写真用部材を作製し、評価した。該表面領域は、補強材としてのカーボンブラックを含むウレタン樹脂層に対して、アクリルモノマーを含浸させたのち、該アクリルモノマーを硬化させて形成される。その結果、かかる電子写真用部材を電子写真画像形成装置の現像部材として用いたところ、高温高湿環境下での長期の使用により、表面領域を有する表面層にクラックが生じることがあった。
そこで、本発明者らは、架橋ウレタン樹脂と架橋アクリル樹脂とによってIPN構造が構成されている表面領域を有する表面層の強度のより一層の向上を図るべく検討を重ねた。
その結果、該表面領域中に、揮発分が0.4%以上であるカーボンブラック(以降、「高揮発CB」ともいう)を含有させることによって、該表面領域の機械的強度のより一層の向上を図ることができた。
表面領域中に高揮発CBを含有させることによって表面領域の機械的強度を向上させられる理由を本発明者らは以下のように推測している。
図5は、当該表面領域中の、架橋ウレタン樹脂、架橋アクリル樹脂およびカーボンブラックの推定される状態を模式的に示したものである。架橋アクリル樹脂502は、架橋ウレタン樹脂501の架橋構造の隙間に入り込み、架橋ウレタン樹脂501と架橋アクリル樹脂502とはIPN構造を形成している。また、高揮発CB 503は、表面にカルボキシル基や水酸基の如き官能基を多く有している。これらの官能基と、架橋ウレタン樹脂501のウレタン結合部分501-1との間で水素結合の如き強い相互作用が生じ、高揮発CB 503は、ウレタン結合501-1の近くに存在する。さらに、高揮発CB 503のウレタン結合部分501-1との位置関係は、それらの周囲に存在する架橋アクリル樹脂によって固定化されている。そのため、高揮発CB 503とウレタン結合部分501-1の相互作用が高温環境下においてもより良く維持される。その結果、表面層の表面領域は、高温環境下においても高い強度を維持し得るものと考えられる。
以下、本発明の一態様に係るローラ形状を有する鵜電子写真用部材(以降、電子写真用ローラともいう)について図面を用いて詳述する。
図1(a)は、導電性の基体2と、該基体の周面の表面層1とを有する電子写真用ローラの周方向の断面図である。図1(b)は、基体2と表面層1との間に中間層3を有する電子写真用ローラの周方向の断面図である。
1.表面層
表面層1は、単層の弾性層であり、電子写真用ローラの外表面を構成する。
該表面層は、バインダー樹脂と、該バインダー樹脂に分散されたカーボンブラックを含んでいる。バインダー樹脂としては、架橋ウレタン樹脂と架橋アクリル樹脂を含んでおり、表面層の該表面から深さ0.1μmまでの第1の領域においては該架橋ウレタン樹脂と該架橋アクリル樹脂が相互侵入高分子網目構造を有している。また、該カーボンブラックは揮発分が0.4%以上である。
1-1.相互侵入高分子網目構造(IPN構造)
相互侵入高分子網目構造(IPN構造)とは、二種以上の高分子化合物の網目構造が共有結合で結ばれることなくお互いに入り組み、絡み合った構造と定義される。
本態様に係る表面層中のIPN構造は、架橋ウレタン樹脂の3次元架橋構造の網目に、架橋アクリル樹脂が入り込むことによって形成されている。IPN構造は、網目を形成する高分子化合物の分子鎖を切断しない限りほどけることは無い。
1-1-1.IPN構造の確認方法
表面層(弾性層)中におけるIPN構造の存在は、例えば、IPN構造を構成しているポリマーのガラス転移点(Tg)のシフトによって確認することができる。
すなわち、架橋アクリル樹脂の熱分解温度に相当する熱クロマトグラムにおけるピークトップ温度は、IPN構造中では単独で存在している場合よりも高温側にシフトしていると考えられる。
従って、表面層中の架橋ウレタン樹脂の分解前後における架橋アクリル樹脂の熱クロマトグラムのピークトップ温度を対比し、ピークトップ温度が、分解後が分解前よりも低いことをもって、両者がIPN構造を形成していることを確認することができる。ここで、熱クロマトグラムとは、マイクロサンプリング熱分解質量分析法により得ることができ質量スペクトルである。
マイクロサンプリング質量分析法の概要を以下に示す。
まず、電子写真用部材の測定する領域をミクロトームで薄片に切削して切り出し、試料を準備する。本態様では、図4に示すように、第1の領域41、第2の領域42、第3の領域43と称する3つの領域から試料を準備する。第1の領域は表面層44の外表面から深さ0.1μmまで領域、第2の領域は表面層44の裏面(導電性の基体45と対向する面)から外表面に向けて厚さ0.1μmの領域、第3の領域は外表面から深さ1.0μm以上、1.1μm以下の領域である。
表面層の各々の領域から、100μm角、厚さ0.1μmの剥片を作製する。測定には、例えば、ガスクロマトグラフィー質量分析装置(「Polaris Q」(商品名、Thermo Electron社製)に搭載されている、イオントラップ型質量分析装置を使用する。プローブの先端に位置するフィラメントに試料を固定し、イオン化チャンバーの中に直接挿入する。その後、一定の加熱速度で室温から温度1000℃まで急速に加熱する。加熱により分解し、蒸発した試料を電子ビームの照射によりイオン化し、質量分析計により検出する。このとき、加熱速度が一定の条件では、トータル・イオン・クロマトグラム(TIC)と呼ばれる質量スペクトルを持つ、TG-MS(熱重量-質量同時分析)法に類似した熱クロマトグラムが得られる。また、所定の質量のフラグメントに対する熱クロマトグラムも得ることができるため、所望の分子構造の分解温度に相当する、熱クロマトグラムのピーク温度を得ることができる。熱クロマトグラムのピーク温度は、樹脂の構造体における、架橋構造に相関があり、架橋が密になるほど、ピーク温度としては高温側にシフトすることとなる。
架橋アクリル樹脂が架橋ウレタン樹脂に対して相互侵入高分子網目構造を形成していることは次のようにして確認することができる。すなわち、その組成物中の架橋ウレタン樹脂を分解除去する前後における、架橋アクリル樹脂由来のフラグメントの熱クロマトグラムのピーク温度の差を確認すればよい。
ここでは、前述の第1の領域からサンプリングされる第1の試料から測定される架橋アクリル樹脂に由来する熱クロマトグラムのピークトップ温度をA1(℃)とする。また、第1の試料が含む架橋ウレタン樹脂を分解して得られる第2の試料から測定される該架橋アクリル樹脂に由来する熱クロマトグラムのピークトップ温度をA2(℃)とする。相互侵入高分子網目構造を形成している場合、A1およびA2が下記式(1)で示される関係を満たすこととなる。
式(1) A1>A2。
IPN構造の形成方法としては、例えば、下記i)の方法、及びii)の方法が挙げられる。
i)第一の成分のポリマーの網目構造を先に形成させておき、次に、第一の成分のポリマーを第二の成分のモノマーと重合開始剤で膨潤させた後で第二成分のポリマーの網目構造を形成させる方法(この方法を、「逐次網目形成法」とも称する)。
ii)それぞれ反応機構の異なる第一の成分のモノマーと、第二の成分のモノマー、さらに、各々の重合開始剤を混合し、同時に網目構造を形成させる方法(この方法を、「同時網目形成法」とも称する)。
本態様に係る、IPN構造を第1の領域に有する表面層(弾性層)の製造方法については後述する。
1-2.バインダー樹脂
1-2-1.架橋ウレタン樹脂
(1)架橋ウレタン樹脂
架橋ウレタン樹脂は、水酸基を有するポリオールとイソシアネート化合物を反応させることによりウレタン基を形成することで得られる。ここでいう架橋の意味は、ウレタン樹脂の原料であるポリオール、及び、イソシアネート化合物からなる群から選択される一方または両方が、3個以上の反応性官能基を有していることにより、3次元網目構造を有していることを意味する。このような架橋ウレタン樹脂は、優れた柔軟性と高い強度とを有する。
ウレタン樹脂は、ポリオールとイソシアネート化合物、必要に応じて鎖延長剤から得ることができる。ウレタン樹脂の原料たるポリオールとしては、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリオレフィンポリオール、アクリルポリオール、およびこれらの混合物が挙げられる。ウレタン樹脂の原料たるイソシアネート化合物としては、例えば以下が挙げられる。
トリレンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、ナフタレンジイソシアネート(NDI)、トリジンジイソシアネート(TODI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、フェニレンジイソシアネート(PPDI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)、テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)、シクロヘキサンジイソシアネート、およびこれらの混合物。
任意成分の鎖延長剤としては、エチレングリコール、1,4-ブタンジオール、3-メチルペンタンジオールの如き2官能性低分子ジオール、トリメチロールプロパンの如き3官能性低分子トリオール、およびこれらの混合物が挙げられる。また、上記の各種イソシアネート化合物と、各種ポリオールを、水酸基に対してイソシアネート基が過剰な状態で予め反応させて得られる、末端にイソシアネート基を有するプレポリマータイプのイソシアネート化合物を用いてもよい。また、これらのイソシアネート化合物としては、イソシアネート基を、メチルエチルケトン(MEK)オキシムなどの各種ブロック剤でブロック化した材料を用いてもよい。
いずれの材料を用いた場合においても、ポリオールとイソシアネート化合物を加熱により反応させることでウレタン樹脂を得ることができる。好ましくは、ポリオールかイソシアネート化合物のいずれか一方、あるいは両方が、分岐構造を有し、官能基数が3個以上であることにより、得られるウレタン樹脂は架橋ウレタン樹脂となる。
(2)架橋ウレタン樹脂 末端構造
架橋アクリル樹脂によるIPN構造は、架橋ウレタン樹脂のウレタン結合の近傍で形成されることが好ましい。架橋ウレタン樹脂が下記構造式(1)で示される末端構造を有する場合、IPN構造を形成する架橋アクリル樹脂を、ウレタン結合により近接した位置に存在させることができる。すなわち、架橋ウレタン樹脂を構成するウレタン樹脂鎖が末端に構造式(1)で示される有機基を含む末端構造を有している場合、当該末端構造の周囲に、架橋アクリル樹脂を構成するアクリルモノマーが侵入する空間が形成され易い。そのため、当該末端構造に含まれるウレタン結合により近接した位置に架橋アクリル樹脂を存在させることができるものと考えられる。その結果として、IPN構造を構成する架橋アクリル樹脂による、ウレタン結合と高揮発CBとの相互作用の固定化が、より強固になり、表面層の表面のより一層の高強度化を図ることができる。
Figure 0007258670000001
Rは、例えば、構造式(1)で示される構造の部分の数平均分子量(Mn)を、500以上、3500以下、特には、500以上、2500以下とするような有機基であり、当該有機基は、オキシアルキレン構造を含み、環状構造を有さない。
構造式(1)の具体例としては、例えば、下記構造式(2)で示される構造が挙げられる。
Figure 0007258670000002
構造式(2)中、m、及びnは、各々独立に1以上の、構造式(2)で示される構造の数平均分子量を500以上、3500以下とする整数である。
上記構造式(1)の構造は、以下の如き方法で導入することができる。
末端に水酸基を1個有し、且つ環状構造を有さないポリマー化合物を、前記の架橋ウレタン樹脂形成材料に加えて、加熱によりポリウレタンの末端イソシアネート基と該化合物の水酸基とを反応させ、ウレタン結合を形成する。
末端に水酸基を1個有する該ポリマー化合物の例としては、分子内にオキシアルキレン構造を有し、かつ、環状構造を含まないモノオールが挙げられる。具体例としては、例えば、三洋化成工業株式会社製の「ニューポール」(登録商標)シリーズの、ポリ(オキシアルキレン)グリコールモノエーテルが挙げられる。より具体的には、「ニューポール 50HB-100」(モノオール(ポリ(オキシエチレンオキシプロピレン)グリコールモノブチルエーテル、Mn=510)、「ニューポール LB-1715」(モノオール(ポリオキシプロピレンモノブチルエーテル、Mn=2390)、「ニューポール 50HB-2000」(モノオール(ポリ(オキシエチレンオキシプロピレン)グリコールモノブチルエーテル、Mn=3200)が挙げられる。
1-2-2.架橋アクリル樹脂
(1)架橋アクリル樹脂
架橋アクリル樹脂は、通常、高強度であるが、単独で用いると、硬く脆い場合がある。
従って、単独膜として電子写真用部材の表面層に用いた場合は、その脆さ故に摺擦による削れによりキズが生じやすい。また、硬いため、トナーへの負荷が大きくなりやすく、フィルミングの原因となることがある。一方で、架橋ウレタン樹脂とのIPN構造として導入される場合は、その結晶性が崩されるために、硬さと脆さが発現しにくい。
さらに、揮発分0.4%以上のカーボンブラックを含有する架橋ウレタン樹脂とのIPN構造の形成により、高温におけるウレタン基の分子運動を制限し、カーボンブラックとの相互作用を保持させることにより、高強度を付与することができる。
架橋アクリル樹脂は、アクリルモノマーの重合により形成される。ここでいうアクリルモノマーとは、単にアクリルモノマーだけでなく、メタクリルモノマーも意味する。即ち、架橋アクリル樹脂は、アクリルモノマーとメタクリルモノマーのいずれか一方、あるいは両方の重合により形成されるものである。
架橋アクリル樹脂を架橋ウレタン樹脂とのIPN構造を形成させるためには、前述のように、架橋ウレタン樹脂と揮発分が0.4%以上のカーボンブラックを含有する樹脂層に、液状のアクリルモノマーを含浸させ、これを硬化させることにより形成される。ここで用いられるアクリルモノマーの種類としては、架橋構造を形成させるために、官能基としてアクリロイル基、またはメタクリロイル基を複数個有する多官能モノマーを含む。一方で、官能基が4個以上になる場合、アクリルモノマーの粘度が著しく高くなるため、架橋ウレタン樹脂からなる樹脂層表面のへ染みこみにくく、結果として、IPN構造を形成しにくい。従って、アクリルモノマーとしては、一分子中に含まれる、アクリロイル基とメタクリロイル基の存在数の合計が2個あるいは3個であるモノマーが好ましく、より好ましくは、2個である2官能アクリルモノマーが挙げられる。
上記アクリルモノマーの分子量としては、200以上750以下の範囲であることが好ましい。この範囲の分子量のアクリルモノマーを用いることで、架橋ウレタン樹脂の網目構造に対して、IPN構造を形成しやく、効果的に表面層の強度を向上させることができる。
前述のように、アクリルモノマーは架橋ウレタン樹脂とカーボンブラックを含有する樹脂層に含浸される。そのためには、適当な粘度を有する必要がある。即ち、高粘度では含浸しにくく、低粘度では含浸状態の制御が困難である。従って、アクリルモノマーの粘度は、25℃において5.0mPa・s以上、140mPa・s以下であることが好ましい。
すなわち、上述の分子量範囲と粘度範囲を満たすアクリルモノマーを、1種類または2種以上選択し、樹脂層に含浸して、重合させることで、架橋ウレタン樹脂と架橋アクリル樹脂とのIPN構造を形成することができる。
アクリルモノマーの重合方法としては特に限定されず、公知の方法を用いることができる。具体的には、加熱による熱重合や紫外線照射など光重合が挙げられる。
各重合方法に対しては、公知のラジカル重合開始剤やイオン重合開始剤を用いることができる。
熱重合する場合の熱重合開始剤としては、例えば、3-ヒドロキシ-1,1-ジメチルブチルパーオキシネオデカノエート、α-クミルパーオキシネオデカノエート、t-ブチルパーオキシネオヘプタノエート、t-ブチルパーオキシビバレート、t-アミルパーオキシノルマルオクトエート、t-ブチルパーオキシ2-エチルヘキシルカーボネート、ジクミルパーオキサイド、ジ-t-ブチルパーオキサイド、ジ-t-アミルパーオキサイド、1,1-ジ(t-ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、n-ブチル-4,4-ジ(t-ブチルパーオキシ)バレレートの如き過酸化物;
2,2-アゾビスブチロニトリル、2,2-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)、1,1-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル)、2,2-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]、2,2-アゾビス[2-メチル-N-(2-ヒドロキシエチル)プロピオンアミド]、2,2-アゾビス[N-(2-プロペニル)-2-メチルプロピオンアミド]、2,2-アゾビス(N-ブチル-2-メトキシプロピオンアミド)、ジメチル-2,2-アゾビス(イソブチレート)の如きアゾ化合物が挙げられる。
紫外線を照射して光重合する場合の光重合開始剤としては、例えば、2,2-ジメトキシ-1,2-ジフェニルエタン-1-オン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、1-[4-(2-ヒドロキシエトキシ)-フェニル]-2-ヒドロキシ-2-メチル-1-プロパン-1-オン、2-ヒドロキシ-1-{4-[4-(2-ヒドロキシ-2-メチル-プロピオニル)-ベンジル]-フェニル}-2-メチルプロパン-1-オン、2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルフォリノプロパン-1-オン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルフォリノフェニル)-ブタン-1-オン、2-ジメチルアミノ-2-(4-メチルベンジル)-1-(4-モルフォリン-4-イル-フェニル)-ブタン-1-オン、ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルホスフィンオキサイド、2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニルホスフィンオキサイドが挙げられる。
なお、これらの重合開始剤は、単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
また、重合開始剤の配合量は、特定の樹脂を形成するための化合物(例えば、(メタ)アクリロイル基を有する化合物)全量を100質量部としたときに、効率的に反応を進行させる観点から、0.5質量部以上10質量部以下で使用することが好ましい。加熱のための装置や紫外線照射のための装置は、公知のものを適宜用いることができる。紫外線を照射する光源としては、例えば、LEDランプ、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、及び、低圧水銀ランプ等を用いることができる。重合の際に必要な積算光量については、使用する化合物や重合開始剤の種類や添加量に応じて、適宜、調整することができる。
1-3.カーボンブラック
本態様に係るカーボンブラックとしては、揮発分が0.4%以上、好ましくは、0.6%以上のカーボンブラックを用いる。カーボンブラックの揮発分は、日本工業規格(JIS)K6221(1982)「ゴム用カーボンブラック試験方法」の規定に従って測定される。
カーボンブラックの揮発分は、カーボンブラックの表面に存在する官能基の量に相関するパラメータである。揮発分が大きいほどカーボンブラックの表面に存在する官能基の量が多い。カーボンブラックの表面官能基としては、通常カルボキシル基や水酸基といったものが挙げられる。したがって、カーボンブラックの揮発分が高い、すなわち表面官能基が多いほど、酸性度の高いカーボンブラックであるといえる。
架橋ウレタン樹脂は、ソフトセグメントとハードセグメントを有しており、ソフトセグメントは原料となるポリオールの主鎖骨格に基づくものであり、ハードセグメントは分子中のウレタン結合同士が水素結合により凝集したものである。つまり、架橋ウレタン樹脂中において、ハードセグメントには相対的に多くのウレタン結合が存在している。
表面層となる樹脂層の形成用の塗料中に、架橋ウレタン樹脂の原料であるポリオールおよびポリイソシアネーと、揮発分が0.4%以上であるカーボンブラックとを含有させることが好ましい。このような塗料を用いて樹脂層を形成した場合、架橋ウレタン樹脂の形成と共に、カーボンブラックがウレタン結合と水素結合を形成する。その結果、樹脂層中の架橋ウレタン樹脂は、ウレタン樹脂自体の三次元架橋構造に加えて、カーボンブラックを介した疑似的な架橋構造を有することとなり、架橋ウレタン樹脂の強度がより一層向上する。
また、本態様に係る表面層は、該表面層の外表面から深さ0.1μmまでの第1の領域においては、架橋ウレタン樹脂と架橋アクリル樹脂とのIPN構造が形成されている。すなわち、架橋ウレタン樹脂の網目構造の隙間に架橋アクリル樹脂が入り込んでいる。
このことにより、架橋ウレタン樹脂のハードセグメントの分子運動性が抑制される。これは架橋アクリル樹脂の存在に伴う体積排除効果と、架橋アクリル樹脂の骨格構造と架橋ウレタン樹脂のハードセグメントとの極性差によるものと考えられる。
このため、高温環境下においても、ウレタン結合とカーボンブラックとの水素結合が壊れにくい。そのため、本態様に係る表面層は、高温環境下でも、高い強度を維持し得るものと考えられる。
揮発分が0.4%以上であるカーボンブラックとしては、市販されており、例えば、旭カーボン株式会社製の、カラー用カーボンブラックであるSUNBLACK(登録商標)シリーズや、三菱ケミカル株式会社製の三菱(登録商標)カラー用カーボンブラックのシリーズが挙げられる。
表面層中のカーボンブラックの含有量は、強度と可撓性の観点から、好ましくは表面層の樹脂成分100質量部に対して、3質量部以上、50質量部以下、特には、5質量部以上、30質量部以下である。この範囲内とすることで、架橋ウレタン樹脂の優れた柔軟性と高い強度との両立をより容易に図ることができる。
表面層中のカーボンブラックの定量は、例えば、表面層から採取したサンプルを、熱重量分析(TGA)することで行うことができる。具体的には、第一工程として採取した表面層を窒素雰囲気下で、温度550℃まで上昇させ加熱し、10分間保持して樹脂成分を分解させる。第2工程として、温度400℃まで冷却した後、空気を導入し、さらに、温度800℃にまで上昇させて、カーボンブラックを分解させる。第一工程と第二工程での質量減少分の比率から、樹脂成分100質量部に対するカーボンブラックの含有量を求めるができる。
1-4.表面層の機能
表面層が果たす機能のひとつに、現像剤担持体が、トナーに与える機械的なストレスの緩和がある。かかる機能を十分に発揮させるうえでは、表面層は柔軟であることが好ましい。そのためには、表面層の基体に対向する側の表面から外表面に向かって厚さ0.1μmの第2の領域においては、IPN構造が存在しないことが好ましい。あるいは、IPN構造が存在するとしても、第1の領域におけるIPN構造と比較して架橋アクリル樹脂の侵入の程度が弱いIPN構造であることが好ましい。
したがって、表面層の第1及び第2の領域は、下記式(2)で示される関係を満たすことが好ましく、特には、式(3)で示される関係を満たすことが好ましい。ここで、T1(℃)は、第1の領域からサンプリングされる試料から測定される該架橋ウレタン樹脂に由来する熱クロマトグラムのピークトップ温度を示す。T2(℃)は、第2の領域からサンプリングされる試料から測定される該架橋ウレタン樹脂に由来する熱クロマトグラムのピークトップ温度を示す。
式(2) T1>T2。
式(3) (T1-T2)>1.0(℃)。
また、上記した表面層の機能をより良く発揮させるためには、表面層の厚さとしては、2.0μm以上、150.0μm以下とすることが好ましい。そして、かかる厚さの表面層においては、表面層の外表面から深さ1.0μmから深さ1.1μmでの厚さ0.1μmの領域を第3の領域としたとき、第1の領域に隣接する当該第3の領域においては、IPN構造が存在しないことが好ましい。あるいは、IPN構造が存在するとしても、第1の領域におけるIPN構造と比較して架橋アクリル樹脂の侵入の程度が弱いIPN構造であることが好ましい。
したがって、第3の領域からサンプリングされる試料から測定される、架橋ウレタン樹脂に由来する熱クロマトグラムのピークトップ温度をT3(℃)としたとき、T1、T2およびT3は、式(4)および式(5)の関係を満たすことが好ましい。
式(4) T1>T3
式(5) |T1-T3|>|T3-T2|
上記式(2)で示される関係を満たす表面層は、硬度の観点からは、以下のように規定することもできる。すなわち、表面層の外表面におけるマルテンス硬度をH1(N/mm)とし、表面層の基体に対向する側の表面におけるマルテンス硬度をH2(N/mm)としたとき、H1およびH2は、下記式(6)と式(7)を満たすことが好ましい。
式(6) H1>H2
式(7) H2<1.0(N/mm)。
1-5.その他の成分
表面層は、上記したもののほか、表面層の機能を阻害しない範囲で、導電性物質や、架橋剤、可塑剤、充填剤、増量剤、加硫剤、加硫助剤、架橋助剤、酸化防止剤、老化防止剤、加工助剤、レベリング剤を含有させることができる。また、表面層に表面粗度が必要な場合は、表面層に粗さを付与するための微粒子を含有させることができる。具体的には、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂の微粒子を用いることができる。該微粒子の体積平均粒子径は1.0μm以上30μm以下が好ましく、該微粒子によって形成される表面粗さ(十点平均粗さ)Rzjisは、0.1μm以上20μm以下が好ましい。尚、RzjisはJIS B0601(1994)に基づき測定される値である。
1-6.表面層の製造方法
本形態の電子写真用部材を、逐次網目形成法によって製造する場合、
導電性の基体上に、バインダー樹脂としての架橋ウレタン樹脂と、揮発分が0.4%以上のカーボンブラックと、を含む樹脂層を形成する工程と、
該樹脂層の外表面に、液状のアクリルモノマーを含浸させる工程と、
含浸されたアクリルモノマーを硬化させる工程と、
を有している。上記各工程を経ることにより、本態様に係る表面層を形成することができる。
樹脂層の形成方法については、特に限定されないが、液状塗料の塗工成形法が好ましい。例えば、樹脂層用の各材料を溶剤中にて分散混合して塗料化し、導電性の基体上に塗工し、乾燥固化あるいは加熱硬化することにより形成することが可能である。
溶剤としては、架橋ウレタンの原材料である、ポリオールやイソシアネート化合物に対する相溶性の観点から、極性溶媒が好ましい。例えば、メタノール、エタノール、n-プロパノール、といったアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンといったケトン類、酢酸メチル、酢酸エチルといったエステル類等から、その他の材料との相溶性の良い溶剤を、1種あるいは2種以上混合して用いることができる。
また、塗料化する際の固形分は、溶剤の混合量により自由に調整可能であるが、カーボンブラックを均一に分散するという観点で、20質量%以上40質量%以下に調整することが好ましい。分散混合には、サンドミル、ペイントシェーカー、ダイノミル、パールミルの如きビーズを利用した公知の分散装置が利用できる。また、塗工方法としては、浸漬塗工、リング塗工、スプレー塗工又はロールコートが利用できる。
乾燥固化あるいは加熱硬化は、ウレタン樹脂の架橋が進行するのであれば特に制限はされないが、50℃以上の温度が好ましく、70℃以上の温度がより好ましい。
次に、上記の如く形成された樹脂層に対し、液状のアクリルモノマーを含浸させる。
液状のアクリルモノマーを各種溶媒で適宜希釈した含浸処理液として含浸させることで、より表面組成の均一な表面層を形成することができる。
溶媒としては、樹脂層との親和性と、アクリルモノマーの溶解性の双方を満たす溶媒であれば自由に選択できる。例えば、メタノール、エタノール、n-プロパノール、といったアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンといったケトン類、酢酸メチル、酢酸エチルといったエステル類等が挙げられる。また、含浸処理液には、適宜重合開始剤を混合させることができる。重合開始剤の詳細については後述する。含浸処理液の含浸方法は特に限定されないが、浸漬塗工、リング塗工、スプレー塗工又はロールコートが利用できる。
こうして含浸処理液で含浸処理を行った後、アクリルモノマーを重合、硬化させることにより、表面層を形成することができる。重合、硬化方法としては、特に限定されず、公知の方法を使用することができる。具体的には、熱硬化や紫外線照射などの方法が挙げられる。
このような工程により、樹脂層の架橋ウレタン樹脂の網目構造に対して、相互に絡み合う形で架橋アクリル樹脂が導入され、IPN構造を形成することができる。こうして得られる表面層の膜厚は、膜強度と柔軟性の観点から、2.0μm以上、150.0μm以下が好ましい。
2.基体
導電性の基体2は、円柱状または円筒状の導電性の基体を用いることができる。基体の表面は、その外周上に設けられる中間層や表面層との接着性を向上させる目的で、公知の表面処理を施してもよく、また、接着層を設けてもよい。材質としては、以下の如き導電性の材料で構成することができる。
アルミニウム、銅合金、ステンレス鋼の如き金属または合金;
クロム、又はニッケルで鍍金処理を施した鉄;
導電性を有する合成樹脂。
3.中間層
中間層3は、ゴム材料の成形体により形成されていることが好ましい。ゴム材料としては以下のものが挙げられる。エチレン-プロピレン-ジエン共重合ゴム(EPDM)、アクリルニトリル-ブタジエンゴム(NBR)、クロロプレンゴム(CR)、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム、シリコーンゴム、エピクロロヒドリンゴム、NBRの水素化物、ウレタンゴム。これらは単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、特に、長期に亘って他の部材(トナー規制部材等)が当接した場合にも圧縮永久歪みを導電性の中間層に生じさせにくいシリコーンゴムが好ましい。シリコーンゴムとしては、具体的には、付加硬化型液状シリコーンゴムの硬化物が挙げられる。
中間層は、上記ゴム材料に電子導電性物質やイオン導電性物質のような導電性付与剤を配合して導電性の中間層とすることができる。該導電性の中間層の体積抵抗率は、好ましくは10Ωcm以上1011Ωcm以下、より好ましくは10Ωcm以上1010Ωcm以下に調整される。
電子導電性物質としては、例えば以下の物質が挙げられる。導電性カーボン、ゴム用カーボン、カラー(インク)用カーボンの如き導電性カーボンブラック、金属およびその金属酸化物が挙げられる。例えば、ケッチェンブラックEC、アセチレンブラックの如き高導電性カーボン;SAF、ISAF、HAF、FEF、GPF、SRF、FT、MTの如きゴム用カーボン;カーボンブラック粉末に酸化処理を施したカラー(インク)用カーボン;銅、銀、ゲルマニウムの如き金属およびその金属酸化物。この中でも、少量で導電性を制御しやすいことから導電性カーボンブラック〔導電性カーボン、ゴム用カーボン、カラー(インク)用カーボン〕が好ましい。
イオン導電性物質としては、例えば以下の物質が挙げられる。過塩素酸ナトリウム、過塩素酸リチウム、過塩素酸カルシウム、塩化リチウムの如き無機イオン導電性物質;変性脂肪族ジメチルアンモニウムエトサルフェート、ステアリルアンモニウムアセテートの如き有機イオン導電性物質。
これら導電性付与剤は、中間層を前記のような適切な体積抵抗率に調整するのに必要な量が用いられるが、中間層を構成するゴム材料100質量部に対して、0.5質量部以上50質量部以下の範囲で用いられる。
また、中間層には、必要に応じて更に可塑剤、充填剤、増量剤、加硫剤、加硫助剤、架橋助剤、硬化抑制剤、酸化防止剤、老化防止剤、加工助剤、の如き各種添加剤を含有させることができる。充填剤としては、シリカ、石英粉末、及び炭酸カルシウム等が挙げられる。これら任意成分は、中間層の機能を阻害しない範囲の量で配合される。
中間層は、現像部材に要求される弾性を有し、アスカーC硬度で20度以上100度以下が好ましく、厚みは0.3mm以上6.0mm以下が好ましい。
中間層用の各材料の混合は、一軸連続混練機、二軸連続混練機、二本ロール、ニーダーミキサー、トリミックス等の動的混合装置や、スタティックミキサー等の静的混合装置を用いて行うことができる。
基体上に中間層を形成する方法としては、特に限定されず、型成形法、押出成形法、射出成形法、塗工成形法を挙げることができる。型成形法では、例えば、先ず、円筒状の金型の両端に、金型内に軸芯体を保持するための駒を固定し、駒に注入口を形成する。次いで、金型内に軸芯体を配置し、中間層用の材料を注入口より注入した後、該材料が硬化する温度で金型を加熱し、脱型する方法を挙げることができる。押出成形法では、
例えば、クロスヘッド型押出機を用いて軸芯体と中間層の材料を共に押し出して、該材料を硬化して、軸芯体の周囲に中間層を形成する方法を挙げることができる。
中間層の表面は、表面層との密着性向上の為、表面研磨や、コロナ処理、フレーム処理、エキシマ処理の表面改質方法によって改質することもできる。
4.電子写真プロセスカートリッジおよび電子写真画像形成装置
本態様に係る電子写真画像形成装置は、例えば、以下の構成を有する。
・静電潜像を担持するための像担持体;
・該像担持体を一次帯電するための帯電装置;
・一次帯電された該像担持体に静電潜像を形成するための露光装置;
・該静電潜像をトナーにより現像してトナー像を形成するための現像装置;及び
・該トナー像を転写材に転写するための転写装置。
図2は、本態様に係る電子写真画像形成装置の概略を示す断面図である。
図3は、図2の電子写真画像形成装置に装着されるプロセスカートリッジの拡大断面図である。このプロセスカートリッジは、感光ドラムなどの像担持体21と、帯電部材22を具備する帯電装置と、現像部材24を具備する現像装置と、クリーニング部材30を具備するクリーニング装置とを内蔵している。そして、プロセスカートリッジは、図2の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。
像担持体21は、不図示のバイアス電源に接続された帯電部材22によって一様に帯電(一次帯電)される。このときの像担持体21の帯電電位は-800V以上-400V以下である。次に、像担持体21は、静電潜像を書き込むための露光光23を、不図示の露光装置により照射し、その表面に静電潜像が形成される。露光光23には、LED光、レーザー光のいずれも使用することができる。露光された部分の像担持体21の表面電位は-200V以上-100V以下である。
次に、現像部材24によって負極性に帯電したトナーが静電潜像に付与(現像)され、像担持体21上にトナー像が形成され、静電潜像が可視像に変換される。このとき、現像部材24には不図示のバイアス電源によって-500V以上-300V以下の電圧が印加される。なお、現像部材24は、像担持体21と0.5mm以上3mm以下のニップ幅をもって接触している。本実施形態のプロセスカートリッジにおいては、トナー規制部材である現像ブレード26と現像部材24との当接部に対して現像部材24の回転の上流側に、トナー供給ローラ25が回転可能な状態で現像部材24に当接される。
像担持体21上で現像されたトナー像は、中間転写ベルト27に1次転写される。中間転写ベルト27の裏面には1次転写部材28が当接しており、1次転写部材28に+100V以上+1500V以下の電圧を印加することで、負極性のトナー像を像担持体21から中間転写ベルト27に1次転写する。1次転写部材28はローラ形状であってもブレード形状であってもよい。
電子写真画像形成装置がフルカラー画像形成装置である場合、上記の帯電、露光、現像、1次転写の各工程を、イエロー色、シアン色、マゼンタ色、ブラック色の各色に対して行う。そのために、図2に示す電子写真画像形成装置では、前記各色のトナーを内蔵したプロセスカートリッジが各1個、合計4個が、電子写真画像形成装置本体に対し着脱可能な状態で装着されている。そして、上記の帯電、露光、現像、1次転写の各工程は、所定の時間差をもって順次実行され、中間転写ベルト27上に、フルカラー画像を表現するための4色のトナー像を重ね合わせた状態が作り出される。
中間転写ベルト27上のトナー像は、中間転写ベルト27の回転に伴って、2次転写部材29と対向する位置に搬送される。中間転写ベルト27と2次転写部材29との間には所定のタイミングで記録用紙の搬送ルート32に沿って記録用紙が搬送されてきており、2次転写部材29に2次転写バイアスを印加することにより、中間転写ベルト27上のトナー像を記録用紙に転写する。このとき、2次転写部材29に印加されるバイアス電圧は、+1000V以上+4000V以下である。2次転写部材29によってトナー像が転写された記録用紙は、記録用紙の搬送ルート32によって定着装置31に搬送される。該定着装置31にて記録用紙上のトナー像を溶融させて記録用紙上に定着させた後、記録用紙を電子写真画像形成装置の外に排出することで、プリント動作が終了する。
なお、像担持体21から中間転写ベルト27に転写されることなく像担持体21上に残存したトナーは像担持体21表面をクリーニングするためのクリーニング部材30により掻き取られ、像担持体21の表面はクリーニングされる。
以下に、現像ローラを例として、具体的な実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。電子写真用部材としての本発明の技術的範囲はこれらに限定されるものではない。
〔実施例1〕
[1.導電性の基体の作製]
外径6mm、長さ264mmのSUS304製の芯金にプライマー(商品名:DY35-051、東レ・ダウコーニング株式会社製)を塗布し、温度150℃で20分間加熱した。この芯金を内径11.5mmの円筒状金型内に同心となるように設置した。
中間層の材料として、下記表1に示す材料をトリミックス(商品名:TX-15 井上製作所製)で混合した付加型シリコーンゴム組成物を温度115℃に加熱した金型内に注入した。材料注入後、温度120℃にて10分間加熱成型し、室温まで冷却後、金型から脱型し、導電性基材の外周に厚み2.71mmの中間層が形成された弾性ローラを得た。
Figure 0007258670000003
[表面層の形成]
表面層の形成に当たっては、まず、樹脂層を形成する。樹脂層の材料として、下記表2の表中における粗さ形成粒子以外の材料を撹拌混合した。その後、固形分濃度30質量%になるようにメチルエチルケトン(キシダ化学株式会社製)に溶解し、混合した後、サンドミルにて均一に分散した。この混合液にメチルエチルケトンを加え固形分濃度25質量%に調整したものに表2中の粗さ形成粒子を加え、ボールミルで攪拌分散して、樹脂層用塗料1を得た。前記弾性ローラを、この塗料中に浸漬して塗工することにより樹脂層の膜厚が約15μmとなるように塗布した。その後、温度130℃にて60分間加熱して、塗膜を乾燥、硬化して樹脂層を形成した。
Figure 0007258670000004
続いて、アクリルモノマーの含浸、硬化処理を下記の方法で行った。
含浸処理用の含浸処理液の材料として、下記表3に示す材料を溶解混合した。樹脂層の形成された弾性ローラを、この含浸処理液中に2秒間浸漬し処理を行い、アクリルモノマー成分を含浸させた。その後、常温で30分間風乾を行い、90℃で1時間乾燥して、溶剤を揮発させた。乾燥後の弾性ローラを、回転させながら、積算光量が15000mJ/cmとなるように紫外線を照射することにより、アクリルモノマーを硬化させて、表面層を形成させた。なお、紫外線照射装置として、高圧水銀ランプ(商品名:ハンディータイプUV硬化装置、マリオネットワーク社製)を用いた。
Figure 0007258670000005
得られた現像ローラについて、以下の評価を行った。
[評価方法]
<T1,T2,T3,A1,A2の測定>
上述のマイクロサンプリング質量分析法により、現像ローラの外表面から深さ0.1μmまでの第1の領域、表面層の裏面から表面に向けて厚さ0.1μmの第2の領域、表面から深さ1.0μm以上、1.1μm以下の第3の領域の熱クロマトグラムを得た。得られた熱クロマトグラムから、第1の領域、第2の領域、第3の領域のそれぞれの領域における架橋ウレタン樹脂に由来する熱クロマトグラムのピークトップ温度、T1、T2,T3を求めた。また、第1の領域における架橋アクリル樹脂に由来する熱クロマトグラムのピークトップ温度A1を得た。さらに、第1の領域からサンプリングされる試料が含む架橋ウレタン樹脂を分解して得られる第2の試料から測定される該架橋アクリル樹脂に由来する熱クロマトグラムのピークトップ温度A2を得た。
なお、各領域のサンプルは、FIB-SEM(商品名:NVision40、SIIナノテクノロジー(株)製)によるマイクロサンプリング法を用いて採取した。
具体的には、まず、カミソリを用いて、現像ローラの表面から基体に向けた切り込みを入れ、表面層及び中間層の断面が露出した状態のゴム片を切り出した。当該ゴム片をローラ断面部が上面になるようにSEMの資料台に設置し、当該ゴム片のローラ表面に該当する位置にサンプリングプローブを固定した。さらに、ローラ表面に該当する面から0.1μm内側に該当する位置にFIBによる切断処理を行うことにより、第1の領域のサンプルを採取した。
第2の領域については、表面層の裏面と中間層との界面から、表面側へ1.0μmの位置にFIBによる切断処理を行った。得られた切断面に、サンプリングプローブを固定し、当該切断面から0.1μm内側に該当する位置にFIBによる切断処理を行うことにより、第2の領域のサンプルを採取した。
また、第3の領域については、上記と同様のゴム片においてローラ表面に該当する面から1.0μm内側に該当する位置にFIBによる切断処理を行うことで、第3の領域を露出させた。露出した面に、サンプリングプローブを固定し、露出面から、0.1μm内側に該当する位置にFIBによる切断処理を行うことにより、第3の領域のサンプルを採取した。
いずれの切断処理においても、FIBの加速電圧は、30kV、ビーム電流は、27mAとした。
<ピリジン分解法>
ピリジン分解法はウレタン結合を選択的に分解する方法である。架橋アクリル樹脂と架橋ウレタン樹脂とのIPN構造を有するサンプルにおいて、ピリジン分解法を行うことで、架橋ウレタンに由来する構造を除去した後の、架橋アクリル樹脂を得ることができる。得られた架橋アクリル樹脂から、IPN構造の有無による熱クロマトグラムのピーク温度の変化をとらえることができる。ピリジン分解法は具体的には以下の方法で行う。
ミクロトームを用いて、現像ローラの表面から0.1μmの厚さで、サンプルを切り出し、500mg分を収集する。得られたサンプルに対して、ピリジン(和光純薬社製)と水を3:1で混合した混合液を、0.5mL加え、ステンレスジャケット付きフッ素樹脂(「テフロン」(登録商標))製密閉容器中で、130℃で15時間加熱することにより分解を行う。得られた分解物を減圧処理することにより、ピリジンを除去した。こうして得られたサンプルを用いて、上述のマイクロサンプリング質量分析法を行い、A2の値を得た。
<マルテンス硬度測定>
現像ローラの表面層を剥離し、得られた表面層の膜について、現像ローラの該表面であった表面側と、基材に面していた裏面側についてマルテンス硬度測定を行う。中間層を有する現像ローラの場合、表面層の剥離は、ミクロトームを用いて行う。まず、現像ローラの表面から、表面層と中間層を含むゴム片をカミソリを用いて、5mm角、厚さ2mmの大きさに切り出す。このゴム片の断面をデジタルマイクロスコープ(商品名:VHX-5000、(株)キーエンス製)を用いて、1000倍の倍率で観察する。これらの各断面観察像に対して、10点ずつ表面層の膜厚を計測し、計30点の測定データの算術平均により、表面層の厚さを算出する。ミクロトームにこのゴム片を設置し、表面層の表面側から、該表面層の厚さの長さ分内側の点で切削操作を行い、表面層の膜を採取する。
得られた表面層の膜をスライドガラスに固定し、温度25℃、相対湿度55%の環境において1時間エージングし、同環境でマルテンス硬度の測定を行う。測定位置は、膜表面を観察し平滑な点を選択して行う。なお、表面層に粗さ付与のための微粒子が入っている場合は、微粒子の凸部を避けて測定を行う。測定は、1サンプルあたり、20点行い、得られた値を算術平均した値について表面側をH1、及び、裏面側をH2とする。なお、本実施例においては、株式会社フィッシャー・インストルメンツ製の、FISCHERSCOPE(登録商標) HM2000XYpを用いて測定を行った。測定条件としては、最大荷重0.1mNで5秒保持にて行った。
<カーボンブラックの揮発分測定>
ジムロート冷却器を取り付けたフラスコに、現像ローラ1から剥離した表面層10質量部、分解剤である、ジエタノールアミン(東京化成工業社製)を100質量部、純水0.5質量部を加え、撹拌しながら160℃で20時間加熱還流した。反応後の溶液にメチルエチルケトン25質量部を加え、遠心分離を行う。さらに、メチルエチルケトン80質量部で2回洗浄、遠心分離後、減圧乾燥し、表面層中に含まれるカーボンブラックを得た。こうして得られるカーボンブラックを1.5g回収し、このカーボンブラックについてJIS K6221(1982)「ゴム用カーボンブラック試験方法」の規定に従って揮発分測定を行う。具体的には、カーボンブラックをるつぼに入れ、950℃で7分間加熱し、風冷後に質量を測定し、減量分を算出。元の質量に対しての減量分を質量で表したものを、サンプルの揮発分とする。
<耐久性評価>
現像ローラ1を、下記カラーレーザープリンタ用のプロセスカートリッジに装着し、カラーレーザープリンタ(商品名:HP Color LaserJet Enterprise M652dn、HP社製)を用いて現像ローラ表面の削れによるキズの状態とフィルミング状態を評価した。評価結果を下記表6に示す。尚、評価には、上記カラーレーザープリンタ用のシアンカートリッジ(商品名:HP 656X High Yield Cyan Original LaserJet Toner Cartridge、HP社製)を使用した。評価手順は以下の通りである。
温度30℃、相対湿度95%の高温高湿環境下に前記シアンカートリッジを16時間放置後、同環境下にて、印字率0.2%の低印字画像を記録用紙に連続して出力した。20万枚の印刷が終了した後、プロセスカートリッジから、現像ローラ1を取り外し、ローラ表面をエアブローして表面にコートされているトナーを除去し、ローラ表面を目視で観察して表面の状態を下記評価基準に従って評価した。
評価基準
ランク「A」:目視で、表面に削れによるキズが確認できない。
ランク「B」:キズが確認できるが、最も大きいキズでも長さが1mm未満。
ランク「C」:1mm以上のキズの発生が確認できる。
またローラ表面をレーザー顕微鏡(商品名:;VK-8700、キーエンス社製)で、20倍の対物レンズを用いて観察し、フィルミングの状態を下記評価基準に従って評価した。
ランク「A」:ローラの全表面積に対する固着トナーの面積が5%以下。
ランク「B」:ローラの全表面積に対する固着トナーの面積が5%超~15%以下。
ランク「C」:ローラの全表面積に対する固着トナーの面積が15%超。
以上の評価結果を表7に示す。
(実施例2、4、5、12~16)
実施例1と同様の方法により、表4に示す材料での樹脂層用塗料の調製、表5に示す材料での含浸処理液の調製、さらに表6に示す通りの組み合わせで現像ローラを作製し、実施例1と同様の方法で評価した。
(実施例3)
含浸処理液に浸漬する時間を10分間に変更する以外は、実施例1と同様の方法により、現像ローラを作製し、実施例1と同様の方法で評価した。
(実施例6)
樹脂層用塗料の粗さ形成粒子を混合する前の固形分濃度を15質量%とすることで、樹脂層の膜厚を2μmに変更する以外は、実施例1と同様の方法により、現像ローラを作製し、実施例1と同様の方法で評価を行った。
(実施例7)
樹脂層用塗料の粗さ形成粒子を混合する前の固形分濃度を40質量%とすることで、樹脂層の膜厚を150μmに変更する以外は、実施例1と同様の方法により、現像ローラを作製し、実施例1と同様の方法で評価を行った。
(実施例8)
樹脂層用塗料の粗さ形成粒子を混合する前の固形分濃度を13質量%とすることで、樹脂層の膜厚を1.4μmに変更する以外は、実施例1と同様の方法により、現像ローラを作製し、実施例1と同様の方法で評価を行った。
(実施例9)
樹脂層用塗料の粗さ形成粒子を混合する前の固形分濃度を42質量%とすることで、樹脂層の膜厚を160μmに変更する以外は、実施例1と同様の方法により、現像ローラを作製し、実施例1と同様の方法で評価を行った。
(実施例10、11)
含浸処理液に浸漬する時間を1分間または3分間に変更する以外は、実施例1と同様の方法により、現像ローラを作製し、実施例1と同様の方法で評価を行った。
(比較例1、4、6)
アクリルモノマーの含浸と硬化処理を行わない以外は、実施例1と同様の方法により、表4に示す材料で、樹脂層用塗料を調製し、現像ローラを作製し、実施例1と同様の方法で評価を行った。
(比較例2、3)
実施例1と同様の方法により、表4に示す材料での樹脂層用塗料の調製、表5に示す材料での含浸処理液の調製、さらに表6に示す通りの組み合わせで現像ローラを作製し、実施例1と同様の方法で評価を行った。
(比較例5)
100mLの反応フラスコに、アクリレート変性シリコーンオイル(商品名:X-22-174DX、信越化学工業社製)1.66g(0.36mmol)と、2-(パーフルオロヘキシル)エチルアクリレート(商品名:R-1620、ダイキン工業社製、)5.61g(13mmol)と、メタクリル酸2-ヒドロキシエチル(東京化成工業社製)1.69g(13mmol)と、メタクリル酸メチル(純正化学工業社製)7.37g(73.64mmol)と、ジメチル1,1’-アゾビス(1-シクロヘキサンカルボキシレート)(商品名:VE-73、富士フイルム和光純薬社製)1.24g(4mmol)と、メチルエチルケトン(MEK)75gとを混合し、撹拌しながら5分間窒素によるバブリングを行った。その後、内液の温度75℃にて7時間重合させて共重合体を生成させた。
次いで、この反応フラスコに2-イソシアナトエチルメタクリレート(商品名:カレンズMOI、昭和電工社製)2.02g(13mmol)とビスマストリス(2-エチルヘキサノエート)(富士フイルム和光純薬社製)0.001gとを加えた後、内液の温度75℃にて10時間撹拌することにより、上記共重合体におけるメタクリル酸2-ヒドロキシエチルに基づく重合単位の水酸基と2-イソシアナトエチルメタクリレートのイソシアネート基とを反応させ、光重合性ポリマーAを含む溶液を得た。
この溶液を含浸処理剤の材料として用いた以外は、実施例1と同様の方法により、表4に示す材料で樹脂層用塗料を、表5に示す材料で含浸処理液を作成し、さらに表6に示す通りの組み合わせで現像ローラを作成した。得られた現像ローラについては、実施例1と同様の方法で評価した。評価結果を表7に示す。
Figure 0007258670000006
※表中の数字は各材料の配合量を質量部で表すものである。
※表中に記載される材料はそれぞれ以下のものである。
・「PTGL1000」:商品名;保土谷化学工業社製 ポリオール。
・「PTMG1000」:商品名;三菱ケミカル社製 ポリオール。
・「PTMG650」:商品名;三菱ケミカル社製 ポリオール。
・1,4-ブタンジオール:三菱ケミカル社製 ジオール;
・「MR-400」(「ミリオネートMR-400」;商品名;東ソー社製 イソシアネート化合物(ポリメリックMDI)。
・「ME-8115LP」(「レザミンME-8115LP」);商品名;大日精化工業社製 熱可塑ポリウレタン。
・「SUNBLACK X15」(商品名;旭カーボン社製 カーボンブラック(揮発分:2.1%)。
・「#5」:(商品名;三菱ケミカル社製 カーボンブラック(揮発分:0.4%))。
・「#4000」:(商品名;三菱ケミカル社製 カーボンブラック(揮発分:0.3%))。
・「50HB-100」(ニューポール 50HB-100):商品名;三洋化成工業社製 モノオール(ポリ(オキシエチレンオキシプロピレン)グリコールモノブチルエーテル、分子量Mn=510)。
・「LB-1715」(ニューポール LB-1715):商品名;三洋化成工業製 モノオール(ポリオキシプロピレンモノブチルエーテル、分子量Mn=2390)。
・「50HB-2000」(「ニューポール 50HB-2000」):商品名;三洋化成工業社製 モノオール(ポリ(オキシエチレンオキシプロピレン)グリコールモノブチルエーテル、分子量Mn=3200)。
・「UCN-5150」(「ダイミックビーズUCN-5150」):商品名;大日精化工業社製 架橋ウレタン樹脂粒子。
・「MX-150」(ケミスノーMX-150):商品名;綜研化学社製 架橋アクリル粒子。
・「LCB-19」:商品名;三菱ケミカル社製 鎖状アクリル樹脂。
Figure 0007258670000007
※表中の数字は各材料の配合量を質量部で表すものである。
※表中に記載される材料はそれぞれ以下のものである。
・「EBECRYL145」:商品名;ダイセル・オルネクス社製、2官能アクリルモノマー;PO変性ネオペンチルグリコールジアクリレート(分子量328)。
・「NKエステル9G」:商品名;新中村化学工業社製、2官能アクリルモノマー;ポリエチレングリコール#400ジメタクリレート(分子量536)。
・「NKエステル14G」:商品名;新中村化学工業社製、2官能アクリルモノマー;ポリエチレングリコール#600ジメタクリレート(分子量736)。
・ペンタエリスリトール トリアクリレート:新中村化学工業社製、3官能アクリルモノマー(分子量298)。
・光重合性ポリマーA溶液(20質量%溶液):光重合性アクリルポリマー。
・「IRGACURE184」:商品名;BASF社製、光重合開始剤(1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン)。
・「IRGACURE127」:商品名;BASF社製、光重合開始剤(2-ヒロドキシ-1-{4-[4-(2-ヒドロキシ-2-メチル-プロピオニル)-ベンジル]フェニル}-2-メチル-プロパン-1-オン)。
Figure 0007258670000008
Figure 0007258670000009
〔評価結果の考察〕
実施例1~16の電子写真用部材は、いずれも、表面層としての単層の弾性層を有している。表面層には、バインダー樹脂と、バインダー樹脂中に分散されたカーボンブラックとを含み、バインダー樹脂は、架橋ウレタン樹脂および架橋アクリル樹脂を含んでいる。さらに、実施例1~16の電子写真用部材はいずれもA1>A2の条件を満たしている。表面層の外表面から深さ0.1μmまでの第1の領域において、架橋ウレタン樹脂と架橋アクリル樹脂とがIPN構造を構成していることが確認できる。加えて、カーボンブラックの揮発分がいずれも0.4%以上であることにより、高温環境における極めて多数枚の印刷による耐久評価においても、削れによるキズの発生とフィルミングが抑えられている。
実施例3がT1=T2であるのに対し、実施例1は、T1>T2であるため、削れによるキズとフィルミングがより高いレベルで抑制されている。
実施例4と実施例5を比較すると、実施例4は(T1-T2)>1.0(℃)であることにより、削れによるキズを効果的に抑制できている。
実施例8、実施例9と実施例1、6~7を比較すると、実施例1、6~7は、表面層の膜厚が2.0μm以上150.0μm以下であることにより、膜の強度と柔軟性のバランスが良く、削れによるキズとフィルミングが高いレベルで抑制されている。実施例10と実施例11を比較すると、実施例10はT1>T3であり、かつ、|T1-T3|>|T3-T2|を満たすため、削れによるキズとフィルミングが高いレベルで抑制されている。実施例3、13と実施例1、12を比較すると、実施例1、12はH1>H2であり、かつ、H2<1.0(N/mm)であることから、削れによるキズとフィルミングが高いレベルで抑制されている。
また、実施例1と実施例16との対比から、架橋ウレタン樹脂の末端に構造式(2)で示される部分構造を有する実施例1に係る現像ローラは、当該部分構造を有さない実施例16に係る現像ローラよりも、より一層のキズ防止効果を奏するものとなっていることが分かる。
一方、比較例1は鎖状アクリル樹脂が含有されているが、架橋アクリル樹脂と架橋ウレタン樹脂とのIPN構造を含んでおらず、キズの発生が見られる。
比較例2では樹脂層として熱可塑ウレタン樹脂が含まれているが架橋ウレタン樹脂が使われておらず、キズが発生している。また、フィルミングも確認された。
比較例3においては、カーボンブラックの揮発分が低いため、削れによるキズが発生している。
比較例4においては、低分子量ジオールを用いて高架橋なウレタン樹脂を作成しているが、可撓性が低くなり、削れによるキズが発生しているとともに、高硬度化によるトナーへの負荷の上昇で、フィルミングの発生も見られる。
比較例5においては、光重合性ポリマーAの大部分が樹脂層中に含浸せず、表面に露出しているため、表面のマイクロサンプリング質量分析法において、架橋ウレタン樹脂由来の成分が確認できなかった。従って、最表面において架橋アクリル樹脂と架橋ウレタン樹脂の相互侵入高分子網目構造を形成しておらず、このため、削れによるキズやフィルミングが発生している。
比較例6では、樹脂層に架橋アクリル粒子を含んではいるが、樹脂層の外表面に、液状のアクリルモノマーを含浸させる工程と、含浸されたアクリルモノマーを硬化させる工程を行っていない。このため、架橋アクリル樹脂と架橋ウレタン樹脂のIPN構造を形成していないため、削れによるキズの発生が見られる。
1:表面層
2:軸芯体
3:中間層
21:像担持体
22:帯電部材
23:露光光
24:現像部材
25:トナー供給ローラ
26:現像ブレード
27:中間転写ベルト
28:1次転写部材
29:2次転写部材
30:クリーニング部材
31:定着装置
32:記録用紙の搬送ルート
41:第1の領域
42:第2の領域
43:第3の領域
44:表面層
45:導電性の基体

Claims (12)

  1. 導電性の基体と、該基体上の表面層としての単層の弾性層とを有する電子写真用部材であって、
    該表面層は、バインダー樹脂と、該バインダー樹脂中に分散されたカーボンブラックとを含み、
    該カーボンブラックは、揮発分が0.4%以上であり、
    該バインダー樹脂は、架橋ウレタン樹脂および架橋アクリル樹脂を含み、
    該表面層の外表面から深さ0.1μmまでの第1の領域においては、該架橋ウレタン樹脂と該架橋アクリル樹脂とが相互侵入高分子網目構造を構成している、ことを特徴とする、電子写真用部材。
  2. 導電性の基体と、該基体上の表面層としての単層の弾性層と、を有する電子写真用部材であって、
    該表面層は、バインダー樹脂と、該バインダー樹脂中に分散されたカーボンブラックとを含み、
    該カーボンブラックは、揮発分が0.4%以上であり、
    該バインダー樹脂は、架橋ウレタン樹脂および架橋アクリル樹脂を含み、
    該表面層の外表面から深さ0.1μmまでの第1の領域は、該架橋ウレタン樹脂および該架橋アクリル樹脂を含み、
    該第1の領域からサンプリングされる第1の試料から測定される該架橋アクリル樹脂に由来する熱クロマトグラムのピークトップ温度をA1(℃)とし、
    該試料が含む架橋ウレタン樹脂を分解して得られる第2の試料から測定される該架橋アクリル樹脂に由来する熱クロマトグラムのピークトップ温度をA2(℃)としたとき、A1およびA2が下記式(1)で示される関係を満たす、ことを特徴とする電子写真用部材:
    式(1) A1>A2。
  3. 前記第1の領域における、該架橋ウレタン樹脂に由来する熱クロマトグラムのピークトップ温度をT1(℃)とし、
    前記表面層の前記基体に対向する側の裏面から、前記外表面に向けて厚さ0.1μmの第2の領域に含まれる前記架橋ウレタン樹脂に由来する熱クロマトグラムのピークトップ温度をT2(℃)としたとき、T1およびT2が下記式(2)で示される関係を満たす請求項1または2に記載の電子写真用部材:
    式(2) T1>T2。
  4. 前記T1およびT2が、下記式(3)で示される関係を満たす請求項3に記載の電子写真用部材:
    式(3) (T1-T2)>1.0(℃)。
  5. 前記表面層の厚みが、2.0μm以上、150.0μm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部材。
  6. 前記表面層の外表面から深さ1.0μm以上、1.1μmまでの第3の領域における、前記架橋ウレタン樹脂に由来する熱クロマトグラムのピークトップ温度をT3(℃)としたときに、T1、T2およびT3が下記式(4)および式(5)で示される関係を満たす請求項5に記載の電子写真用部材:
    式(4) T1>T3;
    式(5) |T1-T3|>|T3-T2|。
  7. 前記表面層の外表面におけるマルテンス硬度をH1(N/mm)、前記表面層の前記基体に対向する側の裏面におけるマルテンス硬度をH2(N/mm)としたとき、下記式(6)および式(7)で示される関係を満たす請求項1~6のいずれか一項に記載の電子写真用部材:
    式(6) H1>H2;
    式(7) H2<1.0(N/mm)。
  8. 前記架橋ウレタン樹脂が、下記構造式(1)で示される構造を有する請求項1~7のいずれか一項に記載の電子写真用部材:
    Figure 0007258670000010
    (Rは、構造式(1)で示される構造の部分の数平均分子量(Mn)を、500以上、3500以下とする、オキシアルキレン構造を含み、環状構造を有さない有機基を示す。)。
  9. 請求項1~8のいずれか1項に記載の電子写真用部材の製造方法であって、
    該導電性の基体上に、バインダー樹脂としての架橋ウレタン樹脂と、揮発分が0.4%以上のカーボンブラックと、を含む樹脂層を形成する工程と、
    該樹脂層の外表面に、液状のアクリルモノマーを含浸させる工程と、
    含浸されたアクリルモノマーを硬化させる工程と、
    を有することを特徴とする電子写真用部材の製造方法。
  10. 電子写真装置の本体に着脱可能に構成されている電子写真プロセスカートリッジであって、請求項1~8のいずれか一項に記載の電子写真用部材を有していることを特徴とする電子写真プロセスカートリッジ。
  11. 前記電子写真用部材を現像部材として具備している請求項10に記載の電子写真プロセスカートリッジ。
  12. 静電潜像を担持するための像担持体と、該像担持体を一次帯電するための帯電装置と、一次帯電された該像担持体に静電潜像を形成するための露光装置と、該静電潜像をトナーにより現像してトナー像を形成するための現像部材と、該トナー像を転写材に転写するための転写装置とを有する画像形成装置において、該現像部材が請求項1~8のいずれか一項に記載の電子写真用部材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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