KR101657860B1

KR101657860B1 - 현상 부재, 프로세스 카트리지 및 전자 사진 화상 형성 장치

Info

Publication number: KR101657860B1
Application number: KR1020147025076A
Authority: KR
Inventors: 미노루 나카무라; 쇼헤이 우루시하라; 다카시 고야나기; 구니마사 가와무라; 마사키 야마다
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2012-10-17
Publication date: 2016-09-19
Also published as: US20130279937A1; CN104115072B; EP2816417B1; EP2816417A4; EP2816417A1; KR20140127865A; JP5236111B1; US8655222B2; WO2013121478A1; JP2013190769A; CN104115072A

Abstract

고온 고습 환경에 장시간 폭로하여도 저항 변동을 억제할 수 있는 현상 부재를 제공한다. 상기 현상 부재는, 축심체와, 상기 축심체의 주위에 형성된 도전성의 탄성층과, 상기 탄성층의 표면에 형성된 표면층을 가지며, 상기 탄성층은 디메틸실리콘 고무와 카본 블랙을 포함하고, 상기 디메틸실리콘 고무의 규소 원자에 결합하는 수소 원자의 양 α와, 상기 디메틸실리콘 고무의 규소 원자에 결합하는 메틸기의 수소 원자의 양 β와의 관계가 2.5×10^-5≤α/β≤1.0×10^-4이다.

Description

현상 부재, 프로세스 카트리지 및 전자 사진 화상 형성 장치 {DEVELOPING MEMBER, PROCESS CARTRIDGE, AND ELECTROPHOTOGRAPHIC IMAGE FORMING APPARATUS}

본 발명은 복사기, 프린터 혹은 팩시밀리의 수신 장치와 같은 전자 사진 방식을 채용한 장치에 조립되는 현상 부재, 프로세스 카트리지 및 전자 사진 화상 형성 장치에 관한 것이다.

전자 사진 장치에 사용되는 현상 부재에는, 토너에 부여하는 스트레스를 경감하고, 전자 사진 감광체와의 닙 폭을 확보하기 위하여, 실리콘 고무를 포함하는 도전성의 탄성층이 형성되어 있는 경우가 많다. 또한, 이러한 탄성층의 표면에는, 토너의 대전 제어 및 토너의 반송량 제어 등을 위하여 표면층이 형성되어 있는 경우가 많다.

그런데, 최근의 전자 사진 장치에 대해서는, 한층 더한 고화질과, 한층 더한 고내구성이 요구되고 있다. 따라서, 현상 부재에 대해서도 한층 더한 고내구성이 요구되고 있다. 그런데, 카본 블랙 등의 도전제를 함유시킴으로써 도전화하여 이루어지는 실리콘 고무를 포함하는 탄성층을 구비한 대전 부재는, 장기에 걸친 사용에 의해 전기 저항이 변동되어, 전자 사진 화상의 품질에 영향을 주는 경우가 있었다.

한편, 특허문헌 1에는 온도나 습도 등의 환경 변화, 카본 블랙의 배합량의 변화, 고전압 인가 등에 의해서도 전기 저항이 변동되기 어려운 반도전성 실리콘 고무 조성물이 개시되어 있다. 구체적으로는, 실리콘 고무에 특정한 질소 흡착 비표면적, DBP 흡유량 및 평균 입자 직경을 갖는 천연 가스의 열분해에 의해 얻어지는 서멀 블랙을 함유시킨, 전기 저항이 변동되기 어려운 반도전성 실리콘 고무 조성물이 개시되어 있다. 또한, 이러한 반도전성 실리콘 고무 조성물의 도전성 롤러에의 적용도 개시되어 있다.

일본 특허 공개 제2001-158856호 공보

그러나, 본 발명자들의 검토에 따르면, 특허문헌 1에 관한 반도전성 실리콘 고무 조성물을 사용하여 형성하여 이루어지는 탄성층을 구비한 현상 부재는, 고온 고습 환경, 예를 들어 온도 40℃/습도 95％ RH와 같은 환경에 장시간 폭로된 경우에는, 전기 저항에 큰 변동이 나타나는 경우가 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 축심체 상에 실리콘 고무와 카본 블랙을 포함하는 탄성층을 형성하고, 또한 탄성층 상에 표면층을 형성한 현상 부재에 관하여 고온 고습 환경, 예를 들어 온도 40℃/습도 95％ RH와 같은 환경에 장시간 폭로하여도 전기 저항의 변동을 보다 확실하게 억제할 수 있는 현상 부재를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 다양한 환경하에서 고품위의 전자 사진 화상의 안정적인 형성에 이바지하는 프로세스 카트리지 및 전자 사진 화상 형성 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 형태에 따르면, 축심체와, 상기 축심체의 주위에 형성된 도전성의 탄성층과, 상기 탄성층의 표면에 형성된 표면층을 갖는 현상 부재이며, 상기 탄성층은 디메틸실리콘 고무와 카본 블랙을 포함하고, 상기 디메틸실리콘 고무의 규소 원자에 결합하는 수소 원자의 양 α와, 상기 디메틸실리콘 고무의 규소 원자에 결합하는 메틸기의 수소 원자의 양 β와의 관계가 2.5×10^-5≤α/β≤1.0×10^-4인 현상 부재가 제공된다.

또한, 본 발명의 다른 형태에 따르면, 상기 본 발명의 현상 부재를 구비하고, 전자 사진 화상 형성 장치의 본체에 착탈 가능하게 구성되어 있는 프로세스 카트리지가 제공된다.

또한, 본 발명의 다른 형태에 따르면, 정전 잠상을 담지하기 위한 상 담지체와, 상기 상 담지체를 1차 대전하기 위한 대전 장치와, 1차 대전된 상기 상 담지체에 정전 잠상을 형성하기 위한 노광 장치와, 상기 정전 잠상을 토너에 의해 현상하여 토너상을 형성하기 위한 현상 장치와, 상기 토너상을 전사재에 전사하기 위한 전사 장치를 갖는 전자 사진 화상 형성 장치이며, 상기 현상 장치가 상기 본 발명의 현상 부재를 갖는 전자 사진 화상 형성 장치가 제공된다.

본 발명에 따르면, 고온 고습 환경, 예를 들어 온도 40℃/습도 95％ RH와 같은 환경에 장시간 폭로되어도 전기 저항 변동이 적고, 고품위의 화상이 얻어지는 현상 롤러를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 다양한 환경하에서도 고품위의 전자 사진 화상을 안정되게 형성할 수 있는 프로세스 카트리지 및 전자 사진 화상 형성 장치를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 현상 롤러의 일례를 도시하는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 전자 사진 화상 형성 장치의 일례를 도시하는 개략 구성도이다.
도 3은 본 발명의 프로세스 카트리지의 일례를 도시하는 개략 구성도이다.
도 4는 현상 롤러의 전기 저항 측정기의 개략 구성도이다.

본 발명자들은 특허문헌 1에 관한 반도전성 실리콘 고무 조성물을 사용하여 형성된 도전성의 탄성층을 갖는 현상 부재가 고온 고습 환경, 예를 들어 온도 40℃/습도 95％ RH와 같은 환경에 장시간 폭로되었을 때, 전기 저항이 크게 변동되는 원인을 검토하였다. 그 결과, 탄성층에 포함되는 디메틸실리콘 고무의 흡습에 기인하고 있는 것을 밝혀냈다. 따라서, 본 발명자들은 탄성층을 피복하고 있는 표면층의 투습성을 낮게 함으로써, 탄성층의 디메틸실리콘 고무의 흡습을 억제하는 것을 검토하였다. 그러나, 디메틸실리콘 고무의 흡습에 의한 전기 저항의 변동을 확실하게 억제할 수 있는 투습성이 낮은 표면층의 제작이 곤란하였다.

또한, 디메틸실리콘 고무에 배합하는 카본 블랙의 종류나 양 등을 검토하였지만, 고온 고습 환경, 예를 들어 온도 40℃/습도 95％ RH와 같은 환경에 장시간 폭로되었을 때의 전기 저항의 변동을 유의미하게 억제할 수 있는 구성은 알아낼 수 없었다.

그런데, 디메틸실리콘 고무의 흡습을 검토하는 중에, 디메틸실리콘 고무 중에 존재하는 규소 원자에 결합하는 수소 원자(이하, 「Si-H기」라고도 함)가 실리콘 고무의 흡습과 상관 있는 것을 본 발명자들은 알아내었다.

구체적으로는, 탄성층의 디메틸실리콘 고무 중의 Si-H기의 양을 특정한 범위로 함으로써, 당해 디메틸실리콘 고무를 포함하는 탄성층 중의 수분량을 극히 적게 할 수 있는 것을 발견하였다.

Si-H기의 양과, 디메틸실리콘 고무의 흡습과의 상관 메커니즘은 명확하게 되어 있지 않지만, Si-H기를 디메틸실리콘 고무 중에 소정량 함유시킴으로써, 탄성층과 표면층의 계면에 있어서, 디메틸실리콘 고무의 Si-H기가 우선적으로 내측(탄성층측)으로 배향된다. 그 결과, 디메틸실리콘 고무의 규소 원자에 결합하고 있는 메틸기가 외측(표면층측)으로 배향되어 소수성 표면을 형성하여, 탄성층 표면에의 수분의 흡착을 저해하고, 또한 탄성층에의 수분의 침투를 저해하고 있는 것이라고 추측하고 있다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다. 도 1에 본 발명에 관한 현상 롤러의 개념도를 도시한다. 도면 중의 현상 롤러(1)는 축심체(2)의 외주 상에 탄성층(3)을 갖고 있으며, 탄성층(3)의 외주 상에 표면층(4)을 갖고 있다.

[축심체]

축심체는 특별히 제한되는 것이 아니며, 중공 형상 혹은 중실 형상의 것을 사용할 수 있다. 또한, 축심체는 현상 롤러의 전극 및 지지 부재로서 기능하는 것이면 되며, 예를 들어 알루미늄, 구리 합금, 스테인리스강과 같은 금속 또는 합금; 크롬 또는 니켈로 도금 처리한 철; 도전성을 갖는 합성 수지와 같은 도전성 재질로 구성된다. 또한, 적시에 금속제 축심체(2)에 산화 처리 등의 방청 처리나 프라이머 처리를 행하여도 된다.

[탄성층]

축심체의 주위에 형성된 탄성층은 디메틸실리콘 고무와 카본 블랙을 포함하며, 상기 디메틸실리콘 고무의 규소 원자에 결합하는 수소 원자(이하 「Si-H기」라고도 함)의 양 α와, 상기 디메틸실리콘 고무의 규소 원자에 결합하는 메틸기의 수소 원자(이하 「Si-CH₃기」라고도 함)의 양 β와의 관계가 2.5×10^-5≤α/β≤1.0×10^-4의 범위에 있는 것이 본 발명에서는 필수이다.

탄성층의 디메틸실리콘 고무는, Si-H기를 가지면 액상 실리콘 고무나 미러블 실리콘 고무라도 특별히 제한은 없다. 원재료의 배합이나 제조 조건에 의해 디메틸실리콘 고무 중에 잔존하는 Si-H기의 양을 컨트롤하기 쉬운 점에서, 히드로실릴화 반응을 이용하는 액상 실리콘 고무가 바람직하다.

히드로실릴화 반응은, (A) 1 분자 중에 규소 원자 결합 알케닐기를 2개 이상 갖는 액상 디메틸폴리실록산과, (B) 백금계 촉매와, (C) 1 분자 중에 규소 원자 결합 수소 원자를 2개 이상 갖는 디메틸폴리실록산을 사용하여 가교 반응시키는 것이다.

(A) 성분의 1 분자 중에 규소 원자 결합 알케닐기를 2개 이상 갖는 액상 디메틸폴리실록산은, 가교하여 고무가 되기 위한 주성분이다. (A) 성분으로서는 이하의 것을 들 수 있다. 분자쇄 양쪽 말단 디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸폴리실록산, 분자쇄 양쪽 말단 디메틸비닐실록시기 봉쇄 디메틸실록산ㆍ메틸비닐실록산 공중합체, 분자쇄 양쪽 말단 트리메틸실록시기 봉쇄 디메틸실록산ㆍ메틸비닐실록산 공중합체 및 이들 중 2종 이상을 포함하는 혼합물. 이들 분자 구조는 직쇄상인 것이 바람직하지만, 분자쇄의 일부가 분지된 직쇄상 구조이어도 된다.

또한, (A) 성분은 액상인 것이 바람직하며, 그 25℃에서의 점도는 100 내지 10,000,000mPaㆍs의 범위 내인 것이 바람직하고, 특히 1000 내지 2,000,000mPaㆍs인 것이 바람직하다. 이 범위를 초과하면, 취급 작업성이 저하되거나, 금형을 사용한 성형을 행할 때 버(burr)가 발생하거나 하는 경우가 있다.

(B) 성분의 백금계 촉매는, 이하와 같은 것을 들 수 있다. 백금 미분말, 백금흑, 염화백금산, 알코올 변성 염화백금산, 염화백금산의 올레핀 착체, 염화백금산과 알케닐실록산의 착체, 및 이들 백금계 촉매를 함유하여 이루어지는 열가소성 수지 분말. 백금계 촉매는 (A) 성분의 디메틸폴리실록산에 대하여, 백금 금속으로서 0.1 내지 500ppm이 되는 양인 것이 바람직하다.

(C) 성분의 1 분자 중에 규소 원자 결합 수소 원자를 2개 이상 갖는 디메틸폴리실록산은, (B) 성분의 백금계 촉매의 작용에 의해 (A) 성분의 알케닐기와 히드로실릴화 반응에 의해 가교한다. (C) 성분은 이하와 같은 것을 들 수 있다. 분자쇄 양쪽 말단 트리메틸실록시기 봉쇄 폴리메틸히드로겐실록산, 분자쇄 양쪽 말단 트리메틸실록시기 봉쇄 디메틸실록산ㆍ메틸히드로겐실록산 공중합체, 분자쇄 양쪽 말단 디메틸히드로겐실록시기 봉쇄 디메틸실록산ㆍ메틸히드로겐실록산 공중합체, 환상 디메틸실록산ㆍ메틸히드로겐실록산 공중합체, 환상 폴리메틸히드로겐실록산, 분자쇄 양쪽 말단 디메틸히드로겐실록시기 봉쇄 폴리디메틸실록산 및 이들의 디메틸폴리실록산의 2종 이상의 혼합물.

또한, (C) 성분의 25℃에서의 점도는 특별히 한정되지 않지만, 2 내지 100,000mPaㆍs의 범위인 것이 바람직하다. 본 발명에서는 탄성층(3)에 원하는 잔존 Si-H기를 필요로 하기 때문에, (C) 성분은 이하와 같은 양으로 조정하는 것이 바람직하다. (C) 성분의 규소 원자 결합 수소 원자의 합계 몰수/(A) 성분의 알케닐기의 합계 몰수=1/1 내지 10/1.

탄성층이 포함하는 디메틸실리콘 고무 중의 Si-H기의 양 α와, Si-CH₃기의 양 β와의 비(α/β)는 2.5×10^-5≤α/β≤1.0×10^-4의 관계를 갖는 것이, 탄성층의 흡습에 의한 대전 부재의 전기 저항의 변동을 유의미하게 억제하는 측면에서 필요하다.

또한, α/β가 3.0×10^-5≤α/β≤6.0×10^-5의 범위에 있는 것이 본 발명의 효과를 보다 발현할 수 있기 때문에 바람직하다.

α/β의 값이 2.5×10^-5보다 작은 경우에는, 실리콘 고무 중의 Si-H기의 양이 지나치게 적음으로써, 효과적으로 실리콘 고무의 흡습을 방지할 수 없어, 현상 롤러(1)의 저항 변동이 일어나는 경우가 있다. 또한, α/β의 값이 1.0×10^-4보다 큰 경우에는, 실리콘 고무의 흡습은 방지할 수 있지만, 실리콘 고무 중의 Si-H기의 양이 많기 때문에, 부반응이 진행되어 가교 형태가 변화하고, 그 결과 저항 변동이 발생하는 경우가 있다.

탄성층의 Si-H기의 양 α 및 Si-CH₃기의 양 β는, 탄성층을 고체 ¹H-NMR로 측정한다. 얻어진 고체 ¹H-NMR의 스펙트럼에 있어서, 규소 원자에 결합하는 수소 원자에 귀속되는 4.8ppm 부근의 프로톤 피크 면적을 α라고 하고, 규소 원자에 결합하는 메틸기의 수소 원자에 귀속되는 0.1ppm 부근의 프로톤 피크 면적을 β라고 한다. 얻어진 α의 값을 β의 값으로 나누어 α/β를 구한다. 구체적인 측정 방법은 이하에 나타낸다.

(측정 방법)

탄성층을 나이프 등으로 잘라내어 동결 분쇄한 것을 측정 시료로 하고, 고체 ¹H-NMR 측정의 싱글 펄스법(백그라운드 제거법)으로 측정하였다. 측정 조건은 이하와 같다.

장치 브루커(Bruker)사제 AVANCE400

측정핵 주파수 400MHz(¹H 핵)

스펙트럼폭 40kHz

펄스폭 1.1μsec(30°펄스)

펄스 반복 시간 ACQTM: 0.2048625sec, PD: 5.0sec, 적산 횟수 3000회

관측 포인트 16384(데이터 포인트: 65536)

기준 물질 폴리디메틸실록산(외부 기준: 0.119ppm)

온도 22℃

시료 회전수 10kHz

탄성층 중의 디메틸실리콘 고무에는 카본 블랙을 분산시켜 적절한 전기 저항 영역으로 조정한다. 카본 블랙으로서 사용할 수 있는 구체예는 이하의 것을 포함한다. 아세틸렌 블랙, 컨덕티브 퍼니스 블랙(CF), 슈퍼 컨덕티브 퍼니스 블랙(SCF), 익스트라 컨덕티브 퍼니스 블랙(XCF), 컨덕티브 채널 블랙(CC) 및 1500℃ 정도의 고온에서 열처리된 퍼니스 블랙 또는 채널 블랙.

카본 블랙의 양으로서는, 통상 (A) 성분의 디메틸폴리실록산 100질량부에 대하여 1.0질량부 이상 30질량부 이하의 범위로 사용된다. 이 범위를 초과하면, 안정된 체적 저항률을 얻기가 어렵고, 또한 재료의 유동성이 나빠지는 경우가 있다.

탄성층은 필요에 따라 가소제, 충전제, 증량제, 가황제, 가황 보조제, 가교 보조제, 경화 억제제, 산화 방지제, 노화 방지제, 가공 보조제와 같은 각종 첨가제나, 실리카, 석영 분말 및 탄산칼슘을 함유시킬 수 있다. 이들 임의 성분의 양은, 탄성층(3)의 기능을 저해하지 않는 범위의 양으로 배합한다.

탄성층의 경도 기준으로서는 아스카 C 경도로 20도 이상 80도 이하가 바람직하다. 탄성층의 두께 기준으로서는 0.5mm 이상 6.0mm 이하가 바람직하다.

상기 탄성층 형성용의 각종 재료의 혼합 장치로서는 1축 연속 혼련기, 2축 연속 혼련기, 2축 롤, 니이더 믹서, 트리믹스 등의 동적 혼합 장치나, 스태틱 믹서 등의 정적 혼합 장치를 들 수 있다.

축심체 상에 탄성층을 형성하는 방법으로서는 틀 성형법, 압출 성형법, 사출 성형법, 도포 시공 성형법을 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 축심체(2)와 본 발명의 탄성층(3)의 재료를 압출하여 성형하는 방법이나, 재료가 액상이라면, 원통 형상의 파이프와 파이프 양단에 배치된 축심체(2)를 보유 지지하기 위한 끼움목을 배치한 금형에 주입하여, 가열 경화시키는 방법 등을 들 수 있다.

탄성층의 표면은, 표면층과의 밀착성 향상을 위하여 표면 연마나, 코로나 처리, 프레임 처리, 엑시머 처리 등의 표면 개질 방법에 의해 개질할 수도 있다.

[표면층]

탄성층의 표면 상에, 탄성층의 보호, 토너에의 적절한 전하 부여, 토너의 양호한 반송성 부여 등을 위하여 표면층을 형성한다. 표면층의 재질로서는, 이하의 것을 들 수 있다. 스티렌계 수지, 비닐계 수지, 폴리에테르술폰 수지, 폴리카르보네이트 수지, 폴리페닐렌옥시드 수지, 폴리아미드 수지, 불소 수지, 섬유소계 수지, 아크릴계 수지와 같은 열가소성 수지. 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 알키드 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 벤조구아나민 수지, 폴리우레탄 수지, 요소 수지, 실리콘 수지, 폴리이미드 수지, 광경화성 수지. 토너의 마찰 대전 부여능이 우수하다는 등의 이유로 우레탄 수지가 특히 바람직하다.

표면층은, 상기 기재에 전자 도전성 물질이나 이온 도전성 물질과 같은 도전성 부여제를 배합하여, 적절한 저항 영역으로 조정한다. 표면층에 도전성을 부여하기 위하여 사용되는 전자 도전성 물질로서는, 이하의 것을 들 수 있다. 케첸 블랙 EC, 아세틸렌 블랙과 같은 도전성 카본 블랙; SAF, ISAF, HAF, FEF, GPF, SRF, FT, MT와 같은 고무용 카본 블랙; 산화 처리를 실시한 컬러(잉크)용 카본 블랙; 구리, 은, 게르마늄과 같은 금속 및 금속 산화물. 이 중에서도 소량으로 도전성을 제어하기 쉬운 점에서 카본 블랙이 바람직하다. 또한, 표면층(4)에 도전성을 부여하기 위하여 사용되는 이온 도전성 물질로서는, 이하의 것을 들 수 있다. 과염소산나트륨, 과염소산리튬, 과염소산칼슘, 염화리튬과 같은 무기 이온 도전성 물질; 변성 지방족 디메틸암모늄에토설페이트, 스테아릴암모늄아세테이트와 같은 유기 이온 도전성 물질.

이들 도전성 부여제는, 통상 기재 100질량부에 대하여 1질량부 이상 50질량부 이하의 범위로 사용된다.

표면층에는, 그 밖에 기능을 저해하지 않는 범위에서 가교제, 가소제, 충전제, 증량제, 가황제, 가황 보조제, 가교 보조제, 산화 방지제, 노화 방지제, 가공 보조제, 레벨링제를 함유시킬 수 있다. 또한, 표면층에 표면 조도가 필요한 경우에는, 표면층(4)에 표면층(4)의 표면 조도를 부여하기 위한 미립자를 첨가하여도 된다. 구체적으로는 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리에테르 수지, 폴리아미드 수지, 아크릴 수지, 폴리카르보네이트 수지의 미립자를 사용할 수 있다.

표면층의 형성 방법으로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 표면층의 각 성분을 용제 중에 분산 혼합하여 도료화하고, 탄성층 상에 도포 시공하여 건조 고화 혹은 가열 경화함으로써 형성하는 것이 가능하다. 분산 혼합에는 샌드 밀, 페인트 셰이커, 다이노 밀, 펄 밀과 같은 비즈를 이용한 공지된 분산 장치를 이용할 수 있다. 도포 시공 방법으로서는 침지 도포 시공, 링 도포 시공, 스프레이 도포 시공 또는 롤 코트를 이용할 수 있다. 표면층의 두께로서는 1㎛ 이상 100㎛ 이하로 적시에 조정한다.

[프로세스 카트리지 및 전자 사진 화상 형성 장치]

도 2는 본 발명의 전자 사진 화상 형성 장치의 개략을 도시하는 단면도이다. 도 3은 도 2의 전자 사진 화상 형성 장치에 장착되는 프로세스 카트리지의 확대 단면도이다. 이 프로세스 카트리지는 감광 드럼 등의 정전 잠상을 담지하기 위한 상 담지체(21)와, 대전 부재(22)를 구비하고 상 담지체를 1차 대전하기 위한 대전 장치와, 현상 롤러(24)를 구비하고 정전 잠상을 토너에 의해 현상하여 토너 화상을 형성하기 위한 현상 장치와, 클리닝 부재(30)를 구비하는 클리닝 장치를 내장하고 있다. 그리고, 프로세스 카트리지는, 도 2의 전자 사진 화상 형성 장치의 본체에 착탈 가능하게 구성되어 있다.

상 담지체(21)는, 도시하지 않은 바이어스 전원에 접속된 대전 부재(22)에 의해 균일하게 대전(1차 대전)된다. 이때의 상 담지체(21)의 대전 전위는 -800V 이상 -400V 이하이다. 이어서, 상 담지체(21)는, 정전 잠상을 기입하기 위한 노광광(23)이, 1차 대전된 상 담지체에 정전 잠상을 형성하기 위한 노광 장치(도시하지 않음)에 의해 조사되어, 그 표면에 정전 잠상이 형성된다. 노광광(23)에는 LED광, 레이저광의 어느 것도 사용할 수 있다. 노광된 부분의 상 담지체(21)의 표면 전위는 -200V 이상 -100V 이하이다.

이어서, 현상 롤러(24)에 의해 부극성으로 대전된 토너가 정전 잠상에 부여(현상)되고, 상 담지체(21) 상에 토너상이 형성되고, 정전 잠상이 가시상으로 변환된다. 이때, 현상 롤러(24)에는 도시하지 않은 바이어스 전원에 의해 -500V 이상 -300V 이하의 전압이 인가된다. 또한, 현상 롤러(24)는 상 담지체(21)와 0.5mm 이상 3mm 이하의 닙 폭으로 접촉되어 있다. 본 발명의 프로세스 카트리지에 있어서는, 토너 규제 부재인 현상 블레이드(26)와 현상 롤러(24)의 접촉부에 대하여 현상 롤러(24)의 회전 상류측에, 토너 공급 롤러(25)가 회전 가능한 상태로 현상 롤러(24)에 접촉된다.

상 담지체(21) 상에서 현상된 토너상은, 중간 전사 벨트(27)에 1차 전사된다. 중간 전사 벨트(27)의 이면에는 1차 전사 부재(28)가 접촉되어 있고, 1차 전사 부재(28)에 +100V 이상 +1500V 이하의 전압을 인가함으로써, 부극성의 토너상을 상 담지체(21)로부터 중간 전사 벨트(27)에 1차 전사한다. 1차 전사 부재(28)는 롤러 형상이어도 되고 블레이드 형상이어도 된다.

전자 사진 화상 형성 장치가 풀 컬러 화상 형성 장치인 경우, 상기 대전, 노광, 현상, 1차 전사의 각 공정을 옐로우색, 시안색, 마젠타색, 블랙색의 각 색에 대하여 행할 필요가 있다. 그로 인해, 도 2에 도시하는 전자 사진 화상 형성 장치에서는, 상기 각 색의 토너를 내장한 프로세스 카트리지가 각 1개, 합계 4개, 전자 사진 화상 형성 장치의 본체에 대하여 착탈 가능한 상태로 장착되어 있다. 그리고, 상기 대전, 노광, 현상, 1차 전사의 각 공정은, 소정의 시간 차이를 갖고 순차적으로 실행되어, 중간 전사 벨트(27) 상에 풀 컬러 화상을 표현하기 위한 4색의 토너상을 중첩한 상태가 만들어진다.

중간 전사 벨트(27) 상의 토너상은, 중간 전사 벨트(27)의 회전에 수반하여 2차 전사 부재(29)와 대향하는 위치로 반송된다. 중간 전사 벨트(27)와 2차 전사 부재(29)의 사이에는 소정의 타이밍에 전사재로서의 기록 용지의 반송 루트(32)를 따라 기록 용지가 반송되어 오고 있으며, 2차 전사 부재(29)에 2차 전사 바이어스를 인가함으로써, 중간 전사 벨트(27) 상의 토너상을 기록 용지에 전사한다. 이때, 2차 전사 부재(29)에 인가되는 바이어스 전압은 +1000V 이상 +4000V 이하이다. 2차 전사 부재(29)에 의해 토너상이 전사된 기록 용지는 정착 장치(31)에 반송되어, 기록 용지 상의 토너상을 용융시켜 기록 용지 상에 정착시킨 후, 기록 용지를 전자 사진 화상 형성 장치의 외부로 배출함으로써, 프린트 동작이 종료된다.

또한, 상 담지체(21)로부터 중간 전사 벨트(27)에 전사되지 않고, 상 담지체(21) 상에 잔존한 토너는 상 담지체(21) 표면을 클리닝하기 위한 클리닝 부재(30)에 의해 긁어내어져, 상 담지체(21)의 표면은 클리닝된다.

<실시예>

이하에, 구체적인 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명의 기술적 범위는 이들에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

<축심체의 제작>

외경 6mm, 길이 264mm의 SUS304제 코어 바에 프라이머(상품명: DY35-051, 도레이 다우코닝 가부시끼가이샤제)를 도포하고, 온도 150℃에서 20분간 베이킹하여 축심체를 얻었다.

<탄성 롤러의 제작>

상기 축심체를 내경 11.5mm의 원통 형상 금형 내에 동심이 되도록 설치하였다. 탄성층의 재료로서, 하기 표 1에 기재된 재료를 트리믹스로 혼합한 부가형 실리콘 고무 조성물을 온도 115℃로 가열한 금형 내에 주입하였다. 재료 주입 후, 온도 120℃에서 5분간 가열 성형하고, 실온까지 냉각한 후, 금형으로부터 탈형하여 탄성 롤러 No.1을 얻었다.

<표면층의 제작>

다음에 표면층의 재료로서, 하기 표 2에 기재된 재료를 혼합하였다. 그 후, 총 고형분비 30질량％가 되도록 메틸에틸케톤(알드리치사제)을 첨가하여 샌드 밀로 균일하게 분산하였다.

얻어진 분산액에 메틸에틸케톤을 첨가하여 고형분을 25질량％로 조정하였다. 계속해서, 폴리우레탄 수지 입자(상품명: 아트펄 C400, 네가미 고교사제) 15질량부를 첨가하고, 볼 밀로 교반 분산하여 표면층 형성용 도료 No.1을 얻었다.

탄성 롤러 No.1을 표면층 형성용 도료 No.1에 침지하여, 탄성층의 표면에 표면층 형성용 도료 No.1의 도막을 형성하였다. 상기 도막의 막 두께는 15㎛이었다. 그 후, 상기 도막을 온도 130℃에서 60분간 소성하여 현상 롤러 No.1을 제작하였다.

(실시예 2 내지 4)

탄성 롤러 No.1의 제작에 있어서, 탄성층 형성용 재료를 틀 내에 주입하고, 탄성층을 형성할 때의 가열 온도 및 가열 시간을 하기 표 3에 기재한 바와 같이 변경한 것 이외에는 탄성 롤러 No.1과 마찬가지로 하여 탄성 롤러 No.2 내지 4를 제작하였다. 그리고, 탄성 롤러 No.2 내지 4를 사용한 것, 및 표면층 형성용 도료 No.1의 도막을 소성하여 표면층을 형성할 때의 온도 및 소성 시간을 하기 표 3에 기재한 바와 같이 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 현상 롤러 No.2 내지 4를 제작하였다.

(실시예 5 내지 6)

탄성 롤러 No.1의 제작에 있어서, 표 1 중, 1 분자 중에 규소 원자 결합 수소 원자를 2개 이상 갖는 디메틸폴리실록산(상품명: SP6000P, Si-H기 당량 15.5mmol/g, KCC사제)의 배합량, 탄성층 형성용 재료를 틀 내에 주입한 후의 가열 온도 및 가열 시간을 하기 표 4에 기재한 바와 같이 변경한 것 이외에는 탄성 롤러 No.1과 마찬가지로 하여 탄성 롤러 No.5 내지 6을 제작하였다. 그리고, 탄성 롤러 No.5 내지 6을 사용한 것, 및 표면층 형성용 도료 No.1의 도막의 소성 온도 및 소성 시간을 하기 표 4에 기재한 바와 같이 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 현상 롤러 No.5 내지 6을 제작하였다.

(비교예 1 내지 2)

탄성 롤러 No.1의 탄성층을 하기 표 5에 나타내는 온도 및 시간으로 가열함으로써 탄성층의 2차 경화를 행하여 탄성 롤러 No.C-1 내지 C-2를 얻었다. 탄성 롤러 No.C-1 내지 C-2를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 비교예 1 내지 2에 관한 현상 롤러 No.C-1 내지 C-2를 얻었다.

(비교예 3)

탄성 롤러 No.5의 탄성층을 온도 200℃에서 120분간 가열함으로써 탄성층의 2차 경화를 행하여 탄성 롤러 No.C-3을 얻었다. 탄성 롤러 No.C-3을 사용한 것 이외에는 실시예 5와 마찬가지로 하여 비교예 3에 관한 현상 롤러 No.C-3을 얻었다.

(비교예 4)

탄성 롤러 No.1의 제작에 있어서, 표 1 중, 1 분자 중에 규소 원자 결합 수소 원자를 2개 이상 갖는 디메틸폴리실록산(상품명: SP6000P, Si-H기 당량 15.5mmol/g, KCC사제)의 배합량을 3.0질량부, 탄성층 형성용 재료를 틀 내에 주입한 후의 가열 온도를 120℃, 가열 시간을 3분간으로 변경한 것 이외에는, 탄성 롤러 No.1과 마찬가지로 하여 탄성 롤러 No.C-4를 제작하였다. 탄성 롤러 No.C-4를 사용한 것, 및 표면층 형성용 도료 No.1의 도막의 소성 온도를 130℃, 소성 시간을 30분간으로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 현상 롤러 No.C-4를 제작하였다.

(비교예 5)

탄성 롤러 No.1의 제작에 있어서, 탄성층 형성용 재료를 틀 내에 주입한 후의 가열 온도를 160℃, 가열 시간을 45분간으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 현상 롤러 No.C-5를 제작하였다.

(비교예 6)

탄성층의 제작으로서 하기 표 6에 나타내는 재료를 오픈 롤로 혼련하여 충분히 혼합 분산시켰다.

얻어진 반도전성 조성물과 실시예 1과 마찬가지로 하여 얻어진 축심체를 압출 성형하여 외경 13.0mm의 성형체를 얻은 후, 온도 170℃에서 15분간 1차 가황을 행하고, 그 후 200℃에서 120분간의 2차 가열을 실시하고, 연마함으로써 외경 11.5mm의 탄성층을 갖는 탄성 롤러 No.C-6을 얻었다.

탄성 롤러 No.1을 탄성 롤러 No.C-6으로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 현상 롤러 No.C-6을 얻었다.

[평가 1; α/β의 산출]

실시예 1 내지 6에 관한 현상 롤러 No.1 내지 6 및 비교예 1 내지 6에 관한 현상 롤러 No.C-1 내지 C-6에 대하여 탄성층을 나이프로 잘라내고, 상술한 고체 ¹H-NMR 측정으로 탄성층 중에 잔존하는 Si-H기의 양이 되는 α 및 Si-CH₃기의 양이 되는 β를 구하였다. 그 결과를 하기 표 9 내지 10에 나타낸다.

[평가 2; 전기 저항 안정성 평가]

실시예 1 내지 6에 관한 현상 롤러 No.1 내지 6 및 비교예 1 내지 6에 관한 현상 롤러 No.C-1 내지 C-6에 대하여, 온도 23℃, 습도 55％ RH의 환경하에 24시간 방치하여, 현상 롤러의 전기 저항값(초기)을 이하에 나타내는 측정 방법에 의해 구하였다.

현상 롤러의 전기 저항 측정기의 개략도를 도 4에 도시한다. 현상 롤러(1)의 축심체(2)의 양단부에 4.9N의 가중 F를 인가하고, 현상 롤러(1)를 외경 30mm의 금속 드럼(5)에 밀어붙여 금속 드럼(5)의 롤러 회전수 1rps로 현상 롤러(1)를 종동 회전시키면서, 전원(6)에 의해 50V의 전압을 현상 롤러(1)에 인가하였다. 이때 전압계(7)에 나타나는 내부 저항 8(1kΩ)에 걸리는 전압을 30초간 3000점 기록하고, 그 상가 평균값을 구한다. 얻어진 값으로부터 옴의 법칙에 의거하여 현상 롤러(1)의 전기 저항값(초기)을 구하였다.

다음에 현상 롤러를 온도 40℃, 습도 95％ RH의 환경하에 30일간 방치하였다. 그 후, 현상 롤러를 온도 23℃, 습도 55％ RH의 환경하에 24시간 방치하여, 현상 롤러의 전기 저항값(방치 후)을 상기와 마찬가지로 측정하였다. 현상 롤러의 전기 저항값(방치 후)을 전기 저항값(초기)으로 나누어 전기 저항 안정성을 표 7에 기재된 기준으로 판단하였다. 이 평가 결과를 표 9에 나타낸다.

[평가 3: 화상 안정성 평가]

실시예 1 내지 6에 관한 현상 롤러 No.1 내지 6 및 비교예 1 내지 6에 관한 현상 롤러 No.C-1 내지 C-6을 온도 40℃, 습도 95％ RH의 환경하에 30일간 방치하였다. 그 후, 컬러 레이저 프린터(상품명: LBP5050, 캐논사제)용 프로세스 카트리지에 장착하고, 당해 프로세스 카트리지를 상기 컬러 레이저 프린터에 장전하여 전자 사진 화상을 출력하였다. 토너로서는, 상기 컬러 레이저 프린터의 시안용 프로세스 카트리지에 탑재되어 있는 시안 토너를 그대로 사용하였다.

평가 수순은 온도 30℃, 습도 80％ RH의 환경하에서 솔리드 화상을 1매 출력하였다. 기록 용지에는 A4 사이즈의 캐논사제 컬러 레이저 카피어 용지(기본 중량=81.4g/m²)를 사용하였다. 얻어진 솔리드 화상에 대하여, 맥베스 반사 농도계(맥베스사제)를 사용하고, SPI 보조 필터를 사용하여, 화상 1매당 10점 측정(솔리드 화상을 좌우로 2등분할하는 배지 방향에 평행한 선을 11등분할하는 10점 측정)을 행하였다. 얻어진 10점의 화상 농도의 최대 농도(MAX)와 최소 농도(MIN)의 농도차(MAX-MIN)를 산출하여, 화상 농도 균일성을 하기 표 8에 기재된 기준에 따라 평가하였다. 이 평가 결과를 표 10에 나타낸다.

표 9 내지 10의 결과로부터, 본 발명의 실시예 1 내지 6의 현상 롤러는, 고온 고습 환경, 예를 들어 온도 40℃/습도 95％ RH와 같은 환경하에 장시간 폭로하여도 현상 롤러의 전기 저항 변동을 효과적으로 억제하는 것을 달성할 수 있다. 또한, 고온 고습 환경, 예를 들어 온도 40℃/습도 95％ RH와 같은 환경하에 장시간 폭로한 후의 화상 농도 안정성도 높은 레벨을 달성하고 있다.

본 출원은 2012년 2월 17일에 출원된 일본 특허 출원 제2012-033078호와 2012년 10월 12일에 출원된 일본 특허 출원 제2012-227219호로부터의 우선권을 주장하는 것이며, 그 내용을 인용하여 본 출원의 일부로 하는 것이다.

1: 현상 롤러
2: 축심체
3: 탄성층
4: 표면층
5: 금속 드럼
6: 전원
7: 전압계
8: 내부 저항
21: 상 담지체
22: 대전 부재
23: 노광광
24: 현상 롤러
25: 토너 공급 롤러
26: 현상 블레이드
27: 중간 전사 벨트
28: 1차 전사 부재
29: 2차 전사 부재
30: 클리닝 부재
31: 정착 장치
32: 기록 용지의 반송 루트

Claims

축심체와, 상기 축심체의 주위에 형성된 도전성의 탄성층과, 상기 탄성층의 표면에 형성된 표면층을 갖는 현상 부재이며,
상기 탄성층은 디메틸실리콘 고무와 카본 블랙을 포함하고,
상기 디메틸실리콘 고무의 규소 원자에 결합하는 수소 원자의 양 α와, 상기 디메틸실리콘 고무의 규소 원자에 결합하는 메틸기의 수소 원자의 양 β와의 관계가 2.5×10^-5≤α/β≤1.0×10^-4이고,
상기 디메틸실리콘 고무가,
1 분자 중에 규소 원자에 결합한 알케닐기를 2개 이상 갖는 액상 디메틸폴리실록산과, 1 분자 중에 규소 원자에 결합한 수소 원자를 2개 이상 갖는 디메틸폴리실록산을 포함하는 액상 실리콘 고무를 반응시킨 것임을 특징으로 하는 현상 부재.
제1항에 있어서, 상기 디메틸실리콘 고무의 규소 원자에 결합하는 수소 원자의 양 α와, 상기 디메틸실리콘 고무의 규소 원자에 결합하는 메틸기의 수소 원자의 양 β와의 관계가 3.0×10^-5≤α/β≤6.0×10^-5인, 현상 부재.
삭제
제1항에 있어서, 상기 표면층이 우레탄 수지를 포함하는, 현상 부재.
제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 기재된 현상 부재를 구비하고, 전자 사진 화상 형성 장치의 본체에 착탈 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 프로세스 카트리지.
정전 잠상을 담지하기 위한 상 담지체와,
상기 상 담지체를 1차 대전하기 위한 대전 장치와,
1차 대전된 상기 상 담지체에 정전 잠상을 형성하기 위한 노광 장치와,
상기 정전 잠상을 토너에 의해 현상하여 토너상을 형성하기 위한 현상 장치와,
상기 토너상을 전사재에 전사하기 위한 전사 장치
를 갖는 전자 사진 화상 형성 장치이며,
상기 현상 장치가 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 기재된 현상 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 사진 화상 형성 장치.