KR20140040826A - 대전 부재, 대전 부재의 제조 방법 및 전자 사진 장치 - Google Patents

대전 부재, 대전 부재의 제조 방법 및 전자 사진 장치 Download PDF

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Abstract

감광체 사이에서 충분한 닙폭을 형성할 만큼의 유연성을 가지면서, 감광체에 클리닝 불량을 발생시키기 어려운 대전 부재를 제공한다.
상기의 대전 부재는, 도전성의 지지체와, 표면층인 탄성층을 갖는 대전 부재이며, 상기 탄성층은, 전자선의 조사에 의해 경화된 영역을 표면에 갖고 있으며, 상기 영역은, 실리카를 포함하는 다공질 입자의 표면이 탄소를 포함하는 막으로 피복된 복합 입자를 상기 탄성층의 표면에 노출된 상태로 지지하고, 그것에 의해 상기 탄성층의 표면이 조면화되어 있다.

Description

대전 부재, 대전 부재의 제조 방법 및 전자 사진 장치{CHARGED MEMBER, CHARGED MEMBER MANUFACTURING METHOD, AND DIGITAL PHOTOGRAPH DEVICE}
본 발명은 전자 사진 장치 등에 사용되는 대전 부재 및 전자 사진 장치에 관한 것이다.
감광체 등의 피대전체의 접촉 대전에 사용되는 대전 부재에는, 피대전체와의 균일한 닙을 확보하고, 피대전체의 흠집 발생을 방지하기 위해서, 고무나 열가소성 엘라스토머 등을 포함하는 탄성층이 설치되어 있는 것이 일반적이다. 그러나, 그러한 탄성층의 표면에는, 토너나 외첨제가 부착되기 쉽다. 또한, 장기에 걸쳐 탄성층과 감광체가 정지 상태로 접촉했을 경우, 탄성층의 접촉 부분에 영구 변형이 발생할 수가 있다. 이러한 과제에 대하여 특허문헌 1에는, 탄성층의 표면에 자외선이나 전자선 등의 에너지선을 조사하여 표면 개질층을 설치하여 이루어지는 대전 부재가 개시되어 있다.
일본 특허 공개 평09-160355호 공보
그러나, 상기 특허문헌 1에 관한 대전 부재를 검토한 결과, 감광체에 클리닝 불량을 발생시키는 경우가 있었다. 즉, 감광체에 발생하는 클리닝 불량이란, 본래는 탄성 블레이드에 의해 제거되어야 할, 감광체의 표면의 잔류 토너가 탄성 블레이드를 빠져 나가서, 다음 전자 사진 화상 형성 사이클에 의해 형성된 전자 사진 화상의 품위를 저하시키는 현상을 말한다.
따라서, 본 발명의 목적은, 감광체 사이에서 충분한 닙폭을 형성할 수 있을 만큼의 유연성을 가지면서, 감광체에 클리닝 불량을 발생시키기 어려운 대전 부재 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 고품위의 전자 사진 화상을 안정되게 형성할 수 있는 전자 사진 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따르면, 도전성의 지지체와, 표면층인 탄성층을 갖는 대전 부재이며, 상기 탄성층은, 전자선의 조사에 의해 경화된 영역을 표면에 갖고 있으며, 상기 경화된 영역은, 실리카를 포함하는 다공질 입자의 표면이 탄소를 포함하는 막으로 피복된 복합 입자를 상기 탄성층의 표면에 노출된 상태로 지지하고, 그것에 의해 상기 탄성층의 표면이 조면화되어 있는 대전 부재가 제공된다. 또한, 본 발명에 따르면, 상기의 대전 부재 및 감광체를 구비하고 있는 전자 사진 장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 도전성의 지지체와, 표면층인 탄성층을 갖고, 상기 탄성층은, 전자선의 조사에 의해 경화된 영역을 표면에 갖고 있으며, 상기 경화된 영역은, 실리카를 포함하는 다공질 입자의 표면이 탄소를 포함하는 막으로 피복된 복합 입자를 상기 탄성층의 표면에 노출된 상태로 지지하고, 그것에 의해 상기 탄성층의 표면이 조면화되어 있는 대전 부재의 제조 방법이며,
(1) 상기 지지체 상에, 상기 복합 입자를 포함하는 고무층을 형성하는 공정과,
(2) 상기 고무층의 표면을 연마하여 상기 복합 입자의 일부분을 노출시키는 공정과,
(3) 상기 공정(2)에 의해 얻은, 상기 복합 입자의 일부분이 노출된 상기 고무층의 표면에 전자선을 조사함으로써, 상기 고무층의 표면을 경화시켜서 상기 탄성층을 형성하는 공정을 포함하는 대전 부재의 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 감광체 사이에서 충분한 닙폭을 형성할 만큼의 유연성을 가지면서, 클리닝 불량의 발생을 억제한 대전 부재 및 그 제조 방법을 얻을 수 있다.
도 1은 대전 롤러의 구성예를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 2는 대전 부재를 갖는 전자 사진 장치의 개략 구성예를 도시하는 도면이다.
도 3a는 본 발명의 대전 부재의 표면 형태의 2개의 예를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 대전 부재의 표면 형태의 2개의 예를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 4는 유니버설 경도의 측정 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 전자선 조사 장치의 개략 구성예를 도시하는 도면이다.
본 발명자들은, 상기 특허문헌 1에 관한 대전 부재에 클리닝 불량이 발생한 원인에 대하여 검토를 거듭한 결과, 그 발생 메커니즘을 이하와 같이 추정하였다.
도 2에 대전 부재로서 대전 롤러를 갖는 전자 사진 장치의 개략 구성예를 나타낸다. 피대전체로서의 전자 사진 감광체(이후, 「감광체」라고 약칭함)(21)는, 도전성 지지체(21b)와, 지지체(21b) 상에 형성한 감광층(21a)을 포함하고, 드럼 형상을 갖는다. 그리고, 축(21c)을 중심으로 도면 상 시계 방향으로 소정의 주변 속도를 갖고 회전 구동된다. 대전 롤러(10)는 감광체(21)에 접촉 배치되어 감광체를 소정의 극성·전위로 대전(1차 대전)한다. 대전 롤러(10)는, 코어 금속(11)과, 코어 금속(11) 상에 형성한 탄성층(12)을 포함하고, 코어 금속(11)의 양단부를 도시하지 않은 가압 수단으로 감광체(21)에 가압하고, 감광체(21)의 회전 구동에 수반하여 종동 회전한다. 전원(23)으로 마찰 전원(23a)에 의해, 코어 금속(11)의 소정의 직류(DC) 바이어스가 인가됨으로써 감광체(21)가 소정의 극성·전위로 접촉 대전된다. 대전 롤러(10)로 둘레면이 대전된 감광체(21)는, 계속해서 노광 수단(24)에 의해 목적 화상 정보의 노광(레이저 빔 주사 노광, 원고 화상의 슬릿 노광 등)을 받음으로써, 그 둘레면에 원하는 화상 정보에 대한 정전 잠상이 형성된다. 그 정전 잠상은, 계속해서, 현상 부재(25)에 의해, 토너 화상으로서 순차적으로 가시상화되어 간다. 이 토너 화상은, 계속해서, 전사 수단(26)에 의해 도시하지 않은 급지 수단부에서 감광체(21)의 회전과 동기되어서 적정한 타이밍을 갖고 감광체(21)와 전사 수단(26)과의 사이의 전사부에 반송된 전사재(27)에 순차 전사되어 간다.
도 2의 전사 수단(26)은 전사 롤러이며, 전사재(27)의 뒤로부터 토너와 역극성의 대전을 행함으로써 감광체(21) 측의 토너 화상이 전사재(27)에 전사되어 간다. 표면에 토너 화상의 전사를 받은 전사재(27)는, 감광체(21)로부터 분리되어 도시하지 않은 정착 수단에 반송되어 상 정착을 받고, 화상 형성물로서 출력된다. 또는, 이면에도 상 형성하는 것에서는, 도시하지 않은, 전사부에의 재반송 수단으로 반송된다. 상 전사 후의 감광체(21)의 둘레면은, 클리닝 부재(탄성 블레이드)(28)로 전사 나머지 토너 등의 부착 오염물의 제거가 수행되어 청정면화된다. 청정면화된 감광체(21)는 다음 사이클의 전자 사진 화상 형성 프로세스가 행해지게 된다.
상기의 일련의 전자 사진 화상의 형성 프로세스에 있어서, 대전 롤러는 감광체와의 닙 부근의 갭에 있어서 방전을 발생시킴으로써 감광체의 표면을 대전하고 있다. 그때, 대전 롤러의 근방에 발생하는 방전 생성물이나 감광체 표면의 마모분 등이 감광체의 표면에 부착된다. 그리고, 그들이, 대전 롤러와 감광체와의 닙에 있어서 감광체의 표면에 가압됨으로써 감광체의 표면에 축적되어 간다.
그리고, 감광체와 탄성 블레이드 간의 마찰 계수가 서서히 상승되어 간다. 결국, 감광체와 탄성 블레이드 사이가 높은 마찰 계수에 의해 탄성 블레이드가 진동하기 시작하고, 감광체의 표면의 잔류 토너가 충분히 제거할 수 없게 되어 간다. 그 결과, 다음 사이클의 전자 사진 화상 형성 프로세스는, 표면에 잔류 토너가 부착된 감광체에 행해지는 것이 된다.
여기서, 감광체와 탄성 블레이드와의 사이의 마찰 계수의 상승은, 탄성층을 표면층으로서 갖는 대전 롤러에 있어서 현저하게 나타났다. 그 이유는, 탄성층을 표면층으로서 갖는 대전 롤러는, 그 표면이 유연하기 때문에, 대전 롤러와 감광체와의 닙부에 있어서의 접촉 면적이 커지고, 방전 생성물 등의 마찰 계수의 상승을 일으키는 물질(이후, 「마찰 계수 상승 물질」이라고도 함)을 감광체 표면에, 보다 고착시키기 쉽기 때문인 것으로 생각된다.
따라서, 본 발명자들은, 감광체 사이에서 적당한 닙을 얻기 위한 유연성을 가짐에도 불구하고, 감광체의 표면에 방전 생성물을 고착시키기 어려운 대전 부재를 얻는 것을 목적으로 하여 다양한 검토를 행하였다.
그 결과, 전자선의 조사에 의해 표면이 경화된 영역이 형성되어 있고, 또한, 이 영역에 의해, 실리카를 포함하는 다공질 입자의 표면이 탄소를 포함하는 막으로 피복된 복합 입자의, 적어도 그 일부가 표면에 노출된 상태로 지지되어 있고, 당해 복합 입자에 의해 표면이 조면화되어 있는 구성을 갖는 탄성층을 표면층으로서 갖는 대전 부재에 의해, 상기의 목적을 달성할 수 있음을 알아내었다.
이하에, 본 발명에 따른 대전 부재의 실시 형태를 설명한다.
<대전 부재>
본 발명에 따른 대전 부재는, 도전성의 지지체와, 표면층인 탄성층을 갖는다. 또한, 상기 탄성층의 표면은, 실리카를 포함하는 다공질 입자의 표면이 탄소를 포함하는 막으로 피복된 복합 입자에 의해 조면화되어 있다. 또한, 상기 탄성층은, 전자선의 조사에 의해 경화된 영역을 표면에 갖고 있다. 그리고, 상기 복합 입자 중의 적어도 일부의 입자에 대해서, 각 입자의 일부분(이하, 간단히 복합 입자의 일부분이라고 기재함)이 상기 탄성층의 표면에 노출된 상태에서 경화된 영역에 의해 지지되어 있다.
대전 부재의 형상은 적절히 선택할 수 있고, 롤러 형상이나 블레이드 형상 등으로 할 수 있다. 본 명세서에서는, 롤러 형상의 대전 롤러에 착안하여 설명을 행한다.
또한, 경화된 영역은, 탄성층의 표면 전체에 형성할 수 있고, 본 발명의 대전 부재가 예를 들어 대전 롤러의 경우에는, 탄성층의 외주면 전체에 형성할 수 있다.
도 1은, 본 발명에 관한, 롤러 형상의 대전 부재(이후, 「대전 롤러」라고 약칭함)(10)의 개략 단면도이다. 대전 롤러(10)는, 도전성의 지지체인 코어 금속(11)과, 코어 금속(11) 상에 형성한 탄성층(12)을 포함하고 있다. 본 발명의 대전 부재는, 전자 사진 장치용 대전 부재, 예를 들어 도 2에 도시하는 전자 사진 장치의 대전 롤러(10) 등으로서 사용할 수 있다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 대전 부재 표면의 형태를 나타내는 모식도이다. 본 발명의 대전 부재의 탄성층은 실리카를 포함하는 다공질 입자의 표면이 탄소를 포함하는 막으로 피복된 복합 입자(31)를 함유하고, 이 복합 입자(31)에 의해 표면이 조면화되어 있다. 또한, 탄성층 표면은 전자선 조사에 의한 경화 처리가 이루어지고, 상기 복합 입자(31)의 일부분은 탄성층 표면에 노출됨과 동시에, 탄성층의 경화 영역(13)에 의해 지지되어 있다.
복합 입자(31)가 경화 영역(13)에 의해 지지되어 있기 때문에, 탄성층이 감광체 등의 피대전체에 접촉된 경우에도, 그 닙에 있어서, 복합 입자가 탄성층 내에 매몰되는 일은 없다.
복합 입자(31)는, 입자 표면이 탄소를 포함하는 막으로 덮여 있기 때문에 탄성층과의 친화성이 높고, 또한 다공질 입자 유래의 세공 내부에 탄성층 중의 고무 성분이 침입하기 때문에, 대전 롤러 표면에 유지하기 쉽다. 이에 의해, 전자 사진 장치 내에서 사용 중에, 감광체 등의 피대전체와 대전 부재와의 사이에서 마찰이 발생한 경우에도, 대전 롤러 표면으로부터의 입자의 탈락을 방지할 수 있다. 또한, 복합 입자(31)는, 입자 내부에 실리카를 함유함으로써, 입자가 단단해져, 지석 등을 사용한 연마 공정에 있어서 입자 자체가 연삭되기 어려워, 고무층(탄성층) 표면에 존재할 수 있다.
결과적으로, 복합 입자(31)는, 탄성층 표면에 그 일부분을 노출된 상태로 표면의 요철 형상을 유지할 수 있고, 감광체와의 접촉 면적을 작게 할 수 있다. 그것에 의해, 마찰 계수 상승 물질을 고착시키기 어렵게 함으로써, 클리닝 불량을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 대전 부재에서는, 모든 복합 입자가 탄성층의 표면에 그 일부분을 노출하고 있어도 된다. 또한, 도 3a 및 3b에 도시한 바와 같이, 모든 복합 입자(31) 중 일부의 복합 입자가 탄성층 표면에 그 일부분을 노출하고 있어도 되고, 탄성층 중에 표면 전체가 포함된 복합 입자가 존재하고 있어도 된다.
(도전성의 지지체)
도전성 지지체는, 그 위에 설치되는 탄성층(통상, 도전성 탄성층)을 지지하고, 대전 시에 필요해지는 전류를 도통시키는 것이 가능한 전자 사진 장치의 분야에서 공지된 부재로부터 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 도전성 지지체의 재질로서는, 예를 들어 철, 알루미늄, 티타늄, 구리 및 니켈 등의 금속, 이들 금속을 포함하는 탄소강, 스테인리스, 두랄루민, 놋쇠 및 청동 등의 합금을 들 수 있다.
(탄성층)
탄성층은, 베이스 중합체나 그 가교물과, 실리카를 포함하는 다공질 입자의 표면이 탄소를 포함하는 막으로 피복된 복합 입자를 포함할 수 있다. 베이스 중합체로서는, 대전 부재의 실사용 온도 범위에서 탄성층에 고무 탄성을 갖게 할 수 있는 재료가 사용된다. 베이스 중합체로서는, 열가소성 엘라스토머 및 열경화성 고무를 들 수 있다.
열경화성 고무는, 원료 고무에 가교제를 배합한 고무 조성물일 수 있다. 여기서, 원료 고무의 구체예를 이하에 든다. 천연 고무(NR), 이소프렌 고무(IR), 부타디엔 고무(BR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 부틸 고무(IIR), 에틸렌-프로필렌-디엔 삼원 공중합체 고무(EPDM), 에피클로로히드린 단독 중합체(CHC), 에피클로로히드린-에틸렌옥시드 공중합체(CHR), 에피클로로히드린-에틸렌옥시드-알릴글리시딜에테르 삼원 공중합체(CHR-AGE), 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체(NBR), 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체의 수소 첨가물(H-NBR), 클로로프렌 고무(CR), 아크릴 고무(ACM, ANM) 등.
또한, 열가소성 엘라스토머의 구체예를 이하에 든다. 열가소성 폴리올레핀계 열가소성 엘라스토머, 폴리스티렌계 열가소성 엘라스토머, 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머, 폴리우레탄계 열가소성 엘라스토머, 폴리아미드계 열가소성 엘라스토머, 염화비닐계 열가소성 엘라스토머 등의 열가소성 엘라스토머 등.
또한, 가교제로서는, 예를 들어 황, 디쿠밀퍼옥시드, p-벤조퀴논디옥심, p, p'-디벤조퀴논디옥심 등을 들 수 있다.
또한, 탄성층 중에는, 도전제, 충전제, 가공 보조제, 노화 방지제, 가교 보조제, 가교 촉진제, 가교 촉진 보조제, 가교 지연제, 분산제 등을 함유시킬 수 있다.
특별히 언급이 없는 한 본 명세서에 있어서는, 탄성층이란, 표면층으로서의 탄성층(표면 탄성층이라고 칭하기도 함)을 의미한다. 본 발명에 있어서는, 도전성 지지체에 직접 표면 탄성층을 형성해도 되고, 도전성 지지체와 표면 탄성층과의 사이에, 다른 층(예를 들어, 접착층)을 형성해도 된다.
또한, 탄성층을 다층화하는 것(표면 탄성층 이외에 탄성층을 한층 이상 갖는 것)도 가능하다. 단, 탄성층을 다층화하는 경우에는 최표면에 다공질 입자의 표면이 탄소를 포함하는 막으로 피복된 복합 입자를 함유하는 층(표면 탄성층)을 형성 할 필요가 있다. 또한, 탄성층을 다층화하는 경우에는, 후술하는 튜브 형상으로 압출하는 방법, 또는 크로스헤드를 사용하여 압출하는 방법에 있어서, 다층 압출기를 사용하여 각 층을 동시 성형하는 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서는 생산 공정을 간소화하는 효과를 최대로 하기 위해서, 탄성층은 단일층(표면 탄성층만)인 것이 가장 바람직하다.
탄성층에 함유되는 복합 입자로서는, 실리카(SiO2)를 포함하는 다공질 입자의 표면 전체를 탄소를 포함하는 막으로 피복한 것이나 부분적으로 피복한 것을 들 수 있다. 실리카를 포함하는 다공질 입자는, 다공질 구조를 갖고 또한 실리카를 함유하는 입자이면 좋고, 예를 들어 인각(rice hulls)이나 미강유의 착유 후에 남는 탈지 겨를 적절히 분쇄한 것이나, 다공질 실리카 입자를 사용할 수 있다. 인각이나 탈지 겨는, 다공질 구조를 갖고 또한 실리카를 많이 함유하고 있어, 적당한 온도에서 연소시키면, 실리카 함유율은 90질량％를 초과할 수 있다. 또한, 실리카를 포함하는 다공질 입자나 복합 입자로서, 단일 종류를 사용해도 되고, 2종류 이상을 병용해도 된다.
또한, 상기 다공질 입자는, 실리카만으로 이루어질 수도 있고, 또한, 실리카 이외에 K2O, Na2O, CaO, MgO, Fe2O3를 포함할 수 있다.
또한, 다공질 입자 중의 실리카의 함유량은, 입자의 경도의 관점에서 80질량％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 95질량％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 이 다공질 입자 중의 실리카 함유량은, ICP(Inductively Coupled Plasma) 발광 광도 분석에 의해 특정할 수 있다.
탄소를 포함하는 막은, 유기물(예를 들어, 열경화성 수지, 수크로오스 등의 당류, 석탄 피치 등의 역청류)을 탄화시킨 탄화 막일 수 있다. 또한, 이 막 내의 탄소 원자의 함유량은, 탄성층과의 친화성의 관점에서 50질량％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 90질량％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 이 막 내의 탄소 함유량은, EDX(에너지 분산형 형광 X선 분석 장치) 분석에 의해 특정할 수 있다.
또한, 상기 탄소를 포함하는 막은, 탄소만으로 이루어질 수도 있고, 또한, 탄소 이외에 질소, 산소, 규소, 황, 수소, 나트륨, 칼륨, 염소, 브롬, 인, 마그네슘 등의 원소를 포함할 수도 있다.
또한, 탄소를 포함하는 막의 두께는, 탄성층과의 친화성의 관점에서 50nm 이상, 세공 형상을 유지하는 관점에서 10㎛ 이하가 바람직하다. 이 막의 두께는 TEM(Transmission Electron Microscope) 관찰에 의해 특정할 수 있다.
본 발명에서는, 예를 들어 열경화성 수지와, 실리카를 포함하는 다공질 입자를 혼합하고, 소성시킴으로써 복합 입자를 형성할 수 있다. 즉, 복합 입자는, 다공질 실리카 입자의 표면이나, 분쇄한 인각이나 탈지 겨의 표면을, 열경화성 수지로 피복해 소성시킨 입자, 즉 탄화 수지막으로 실리카를 포함하는 다공질 입자의 표면 전체가 피복된 입자일 수 있다. 열경화성 수지로서는, 예를 들어 페놀 수지를 들 수 있다.
이하에, 복합 입자의 제작 방법을 구체적으로 설명한다.
원재료(다공질 입자: 예를 들어 인각이나 탈지 겨의 분쇄된 분체를 메쉬로 체에 걸러낸 것)에 페놀 수지 등의 열경화성 수지를, 원재료와 열경화성 수지의 합계 질량에 대하여 5 내지 50질량％ 첨가하여, 혼합한다. 이 열경화성 수지의 혼합 공정에서는, 원재료와 열경화성 수지의 혼입에 병행하여, 물의 적당량 첨가나, 해초 호료(seaweed glue)나 전분 등의 이음제를 적당량 혼합한 수용액을 첨가하여 페이스트 상태가 되도록 한다. 열경화성 수지와 원재료를 혼합한 후, 통형 조립기 등의 공지된 조립기를 사용하여 조립하면서, 60 내지 80℃까지 승온하여 휘발분을 빼고 건조시킨 뒤, 조립물을 5메쉬로 체에 걸러내어, 입상 혼합물을 얻는다.
그후, 800 내지 1400℃까지 승온시켜, 입자상 혼합물을 불활성 가스 하에서 소성, 탄화하여, 소성물을 얻는다. 얻어진 소성물을 분쇄한 후, 체나 분급기로 처리하여, 원하는 입경으로 하고, 다공질 실리카 입자의 표면이 탄소로 피복된 복합 입자가 얻어진다.
분쇄기로서는, 카운터제트 밀, 마이크론 제트, 이노마이저(모두 상품명, 호소카와 마이크론사제); IDS형 밀, PJM 제트 분쇄기(상품명, 닛본 뉴마틱 고교사제); 크로스 제트 밀(상품명, 구리모토 뎃꼬쇼사제); 울 맥스(상품명, 닛소 엔지니어링사제); SK제트·오·밀(상품명, 세이신 기교사제); 크립트론(상품명, 가와사키 쥬고교사제); 터보 밀(상품명, 터보 고교사제); 슈퍼 로터(상품명, 닛신엔지니어링사제)를 들 수 있다.
분급기로서는, 클라시엘, 마이크론 클래씨파이어, 스페딕 클래씨파이어(모두 상품명, 세이신 기교사제); 터보 클래씨파이어(상품명, 닛신엔지니어링사제); 마이크론 세퍼레이터, 터보프렉스(모두 상품명, ATP), TSP 세퍼레이터(상품명, 호소카와 마이크론사제); 엘보우 제트(상품명, 닛테츠 코교사제), 디스퍼젼 세퍼레이터(상품명, 닛본 뉴마틱 고교사제); YM 마이크로커트(상품명, 야스카와 쇼지사제)를 들 수 있다.
조대 입자 등을 체 분류하기 위하여 사용되는 체 장치로서는, 울트라소닉(상품명, 고에 산교사제); 레조나 시브, 자이로 시프터(모두 상품명, 도쿠주 고사쿠쇼사); 바이브라 소닉시스템(상품명, 달톤사제); 소니크린(상품명, 신토 고교사제); 터보 스크리너(상품명, 터보 고교사제); 마이크로시프터(상품명, 마끼노 산교사제); 원형 진동체 등을 들 수 있다.
본 발명에 사용하는 복합 입자의 구조는, SEM(주사형 전자 현미경) 관찰과 EDX(에너지 분산형 형광 X선 분석 장치) 분석에 의해 확인할 수 있다.
구체적인 방법을 이하에 나타내었다. 우선, 제작한 복합 입자를 에폭시 수지 중에서 분산, 포매 처리한다. 이어서, 크라이오 시스템(상품명: 「REICHERT-NISSEI-FCS」, 라이카사제)에 의해 다이아몬드 나이프 장착의 울트라 마이크로톰(상품명: 「EM-ULTRACUT·S」, 라이카사제)에 의해, 박막 절편을 제작한다. 이때, 박막 절편의 크기는 0.2mm×0.7mm으로 한다. 그후 SEM에 의해 입자 단면의 관찰을 실시하고, EDX 분석에 의해, 해석을 행한다.
·장치: S4700(상품명, 가부시키가이샤 히타치 세이사꾸쇼제)
·가속 전압: 20kV
·배율: 5000배.
상술한 방법으로 제작한 복합 입자에 대하여 이 분석을 행하면, 복합 입자 표면에 탄소를 주성분으로 하는 층을 갖고, 내부(예를 들어, 복합 입자의 중심 부분)에 실리카를 주성분으로 하는 입자를 갖는 것을 확인할 수 있다.
복합 입자의 세공 직경은, 주사형 전자 현미경(니혼 덴시 가부시키가이샤 제조, 상품명: JEOL LV5910)으로 관찰, 화상 촬영을 실시하고, 촬영 화상을 화상 해석 소프트(상품명: Image-Pro Plus, 플라네트론사제)를 사용하여 해석함으로써 특정할 수 있다. 해석은 사진 촬영 시의 마이크로미터 바로부터 단위 길이당의 화소수를 캘리브레이션하고, 사진으로부터 무작위로 선택한 50개의 입자에 대해서, 화상 상의 화소수로부터 단방향 입경을 측정한다. 이때, 1개의 입자 중의 촬영 화상 상에서 확인할 수 있는 세공에 대하여 모두 카운트한다.
복합 입자의 세공 직경은 0.5㎛ 이상, 특히는, 1㎛ 이상인 것이 바람직하다. 세공 직경이 0.5㎛ 이상이면, 세공 중에, 탄성층에 사용한 베이스 중합체 등의 구성하고 있는 재료가 인입함으로써 롤러 표면 상에 유지하기 쉽게 되어 있다.
탄성층 중의 복합 입자의 배합량은, 베이스 중합체 100질량부에 대하여 1질량부 이상 5질량부 이하인 것이 바람직하다. 1질량부 이상이면, 감광체 등의 피대전면과의 접촉 면적을 용이하게 충분히 작게 할 수 있다. 5질량부 이하이면 경도가 상승함으로써, 대전 롤러 표면에 토너나 외첨제가 부착되기 쉬워지는 것에 의한 내구 화상 불량의 발생을 억제하는 것이 용이하게 된다.
본 발명에 사용하는 복합 입자는, 중량 평균 입자 직경이 5㎛ 이상 70㎛ 이하인 것이 바람직하다. 중량 평균 입자 직경이, 5㎛ 이상이면, 감광체 등의 피대전면과의 접촉 면적을 용이하게 충분히 작게 할 수 있다. 또한, 70㎛ 이하이면 입자 직경이 큰 것에 의한 감광체 등의 피대전면의 마찰 흠집에 의한 화상 불량을 용이하게 억제할 수 있다.
또한, 복합 입자의 중량 평균 입자 직경은, 플로우식 입자상 분석 장치 「FPIA-3000」(상품명, 시스멕스사제)에 의해 측정한, 원 상당 직경의 중량 평균값을 의미한다.
구체적인 측정 방법은, 이하와 같다. 우선, 유리로 만든 용기 중에 미리 불순 고형물 등을 제거한 이온 교환수 약 20ml를 넣는다. 이 중에 분산제로서 상품명: 「콘타미논N」(비이온 계면 활성제, 음이온 계면 활성제, 유기 빌더를 포함하는 pH7의 정밀 측정기 세정용 중성 세제 10질량％ 수용액, 와코 쥰야꾸 고교사제)을 이온 교환수로 약 3질량배로 희석한 희석액을 약 0.2ml 첨가한다. 또한 측정 시료(복합 입자)를 약 0.02g 첨가하고, 초음파 분산기를 사용하여 2분간 분산 처리를 행하고, 측정용의 분산액으로 한다. 그때, 분산액의 온도가 10℃ 이상 40℃ 이하로 되도록 적절히 냉각한다. 초음파 분산기로서는, 발진 주파수 50kHz, 전기적 출력 150W의 탁상형 초음파 세정기 분산기(예를 들어 상품명: 「VS-150」(벨보 클리어사제))를 사용하고, 수조 내에는 소정량의 이온 교환수를 넣고, 이 수조 중에 상기 콘타미논N을 약 2ml 첨가한다.
측정에는, 표준 대물 렌즈(10배)를 탑재한 상기 플로우식 입자상 분석 장치를 사용하고, 시스액에는 파티클 시스「PSE-900A」(상품명, 시스멕스사제)를 사용한다. 상기 수순에 따라 조정한 분산액을 상기 플로우식 입자상 분석 장치에 도입하고, LPF 측정 모드에서, 정량 카운트 모드로 입자 직경을 계측한다.
측정에 있어서는, 측정 개시 전에 표준 라텍스 입자(예를 들어, Duke Scientific사제의 상품명: 「RESEARCH AND TEST PARTICLES Latex Microsphere Suspensions 5200A」를 이온 교환수로 희석)를 사용하여 자동 초점 조정을 행한다. 그 후, 측정 개시부터 2시간마다 초점 조정을 실시하는 것이 바람직하다.
또한, 후술하는 실시예에서는, 시스멕스사에 의한 교정 작업이 행해진, 시스멕스사가 발행하는 교정 증명서의 발행을 받은 플로우식 입자상 분석 장치를 사용하였다.
본 발명에서는 복합 입자에 의해, 탄성층의 표면은 조면화되어 있고, 조면화의 정도로서는, 대전 부재 표면의 10점 평균 조도(Rz)가 3㎛ 이상 30㎛ 이하인 것이 바람직하다. Rz를 상기의 수치 범위 내로 함으로써 감광체와의 접촉 면적이 불어나는 것에 의한 클리닝성의 저하 및, 표면에의 오염의 부착을, 보다 확실하게 억제할 수 있다. 또한, Rz는, JIS B0601:1982에 기초하여 측정할 수 있다.
<대전 부재의 제조 방법>
본 발명에 따른 대전 부재의 제조 방법은 이하의 공정을 갖는다.
(1) 도전성의 지지체 상에, 실리카를 포함하는 다공질 입자의 표면이 탄소를 포함하는 막으로 피복된 복합 입자를 포함하는 고무층을 형성하는 공정.
(2) 이 고무층의 표면을 연마하여 복합 입자의 일부분을 표면에 노출시키는 공정.
(3) 공정(2)에 의해 얻은, 복합 입자의 일부분이 노출된 고무층의 표면에 전자선을 조사함으로써, 이 고무층의 표면을 경화시켜서 탄성층을 형성하는 공정.
이하에 각 공정을 설명한다.
(공정 1)
우선, 도전성의 지지체 상에, 상기 복합 입자를 포함하는 고무층을 형성한다. 또한, 고무층은, 상기 복합 입자를 포함하는 혼합물(베이스 중합체 및 첨가제 등을 포함할 수 있음)을 소정의 형상으로 성형한 것으로 할 수 있다. 이하에, 공정 1의 구체예를 설명한다.
우선, 탄성층을 구성하는 베이스 중합체(열경화성 고무나 열가소성 엘라스토머)와 복합 입자와의 혼합물을 제조한다. 또한 이후, 베이스 중합체에 열경화성 고무를 사용한 경우의 이 혼합물, 즉 열경화성 고무의 가황 전 조성물을 미가황 고무 조성물이라고 칭한다. 계속해서, 도전성의 지지체 상에, 얻어진 혼합물을 소정의 형상으로 성형하고, 필요에 따라 가교 조작 등을 행하여 고화시켜, 고무층을 형성한다. 이후, 열경화성 고무를 포함하고, 가황 전의 형상을 성형한 것을 미가황 고무 롤러라고 칭하고, 열경화성 고무의 가황 후의 롤러를 가황 고무 롤러라고 칭한다.
고무 롤러의 형성 방법으로서는, 이하의 예를 들 수 있다. 고무 조성물을 압출기에 의해 튜브 형상으로 압출 성형하고, 이것에 코어 금속을 삽입하는 방법. 고무 조성물을, 크로스헤드를 장착한 압출기에 의해, 코어 금속을 중심으로 원통형에 공압출, 원하는 외경의 성형체를 얻는 방법. 사출 성형기를 사용하고, 고무 조성물을 원하는 외경의 금형 내부에 주입하여 성형체를 얻는 방법 등이다. 그 중에서도, 크로스헤드 압출기를 사용한 압출 성형법은 연속 생산이 용이하고, 공정수가 적고, 저비용으로 제조하기에 적합하기 때문에, 가장 바람직하다.
고무 재료(베이스 중합체)가 열경화성 고무인 경우에는 성형 후에 가황을 행한다. 가황은 가열 처리에 의해 행해지고, 가열 장치로서는 기어 오븐에 의한 열풍로 가열, 원적외선에 의한 과열 가황, 가황 캔에 의한 수증기 가열 등을 들 수 있다. 그 중에서도 열풍로 가열이나 원적외선 과열 등이 연속 생산 가능하기 때문에 바람직하다.
(공정 2)
계속해서, 고무 롤러의 고무층 표면을 연마 처리함으로써, 고무층의 표면에 복합 입자의 일부분을 노출시킨다. 복합 입자는 입자 내부에 실리카를 함유하고 있고, 단단하기 때문에, 지석 등을 사용한 연마 공정에 있어서 입자 그 자체가 연삭되기 어렵고, 고무층 표면에 존재할 수 있다. 고무 롤러 표면의 연삭 방법의 예로서는, 지석을 롤러의 장축 방향으로 이동하여 연삭하는 트래버스의 연삭 방식과, 롤러를 코어 금속 축을 중심으로 회전시키면서 롤러 길이보다 폭이 넓은 지석으로 컷팅을 하는 플랜지컷의 연삭 방식을 들 수 있다. 플랜지컷의 원통 연삭 방식은 고무 롤러의 전체 폭을 한번에 연마할 수 있는 이점이 있고, 트래버스의 원통 연삭 방식보다 가공 시간을 짧게 할 수 있기 때문에, 보다 바람직하다.
(공정 3)
마지막으로, 연마한 후의 고무층의 표면(고무 롤러 표면)에 전자선을 조사하고, 표면의 경화 처리를 행하고, 표면에 경화된 영역을 갖는 탄성층을 형성한다.
도 5에 전자선 조사 장치의 개략도를 나타낸다. 본 발명에 사용할 수 있는 전자선 조사 장치로서는, 연마 후의 고무 롤러를 회전시키면서 롤러 표면에 전자선을 조사하는 것을 적절하게 사용할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시한 바와 같이, 전자선 발생부(51)와 조사실(52)과 조사구(53)를 구비하는 것이다.
전자선 발생부(51)는, 전자선을 발생하는 터미널(54)과, 터미널(54)에서 발생한 전자선을 진공 공간(가속 공간)에서 가속하는 가속관(55)을 갖는 것이다. 또한 전자선 발생부의 내부는, 전자가 기체 분자와 충돌하여 에너지를 상실하는 것을 방지하기 위해서, 도시하지 않은 진공 펌프 등에 의해 10-3Pa 이상 10-6Pa 이하의 진공으로 유지되어 있다. 도시하지 않은 전원에 의해 필라멘트(56)에 전류를 통하여 가열하면 필라멘트(56)는 열전자를 방출하고, 이 열전자 중, 터미널(54)을 통과한 것만이 전자선으로서 유효하게 취출된다.
그리고, 전자선의 가속 전압에 의해 가속관(55) 내의 가속 공간에서 가속된 후, 조사구 박(57)을 꿰뚫어, 조사구(53)의 하방의 조사실(52) 내로 반송되는 연마 후의 고무 롤러(58)에 조사된다. 연마 후의 고무 롤러(58)에 전자선을 조사할 경우에는, 조사실(52)의 내부는 질소 분위기로 할 수 있다. 또한, 연마 후의 고무 롤러(58)는 롤러 회전용 부재(59)로 회전시켜서 조사실 내를 반송 수단에 의해, 도 5에 있어서 좌측으로부터 우측으로 이동한다. 또한, 전자선 발생부(51) 및 조사실(52)의 주위는 전자선 조사 시에 이차적으로 발생하는 X선이 외부로 누출되지 않도록, 도시하지 않은 납 차폐가 실시되어 있다.
조사구 박(57)은 금속박을 포함하고, 전자선 발생부 내의 진공 분위기와 조사 실 내의 공기 분위기를 구획하는 것이며, 또한 조사구 박(57)을 거쳐 조사실 내로 전자선을 취출하는 것이다. 상술한 바와 같이, 롤러의 조사에 전자선을 응용할 경우에는, 롤러가 전자선을 조사받는 조사실(52)의 내부는 질소 분위기로 할 수 있다. 따라서, 전자선 발생부(51)와 조사실(52)과의 경계에 설치하는 조사구 박(57)은, 핀 홀이 없고, 전자선 발생부 내의 진공 분위기를 충분히 유지할 수 있는 기계적 강도가 있고, 전자선이 투과하기 쉬운 것이 바람직하다. 그 때문에, 조사구 박(57)은 비중이 작고, 두께가 얇은 금속이 바람직하고, 통상, 알루미늄이나 티타늄 박이 사용된다. 전자선에 의한 효과 처리 조건은 전자선의 가속 전압과 선량에 의해 결정된다. 가속 전압은 경화 처리 깊이(경화 처리 두께 또는 경화 영역의 두께라고도 칭함)에 영향을 미치고, 본 발명에 사용하는 가속 전압의 조건으로서는, 저에너지 영역인 40kV 이상 300kV 이하가 바람직하다. 40kV 이상이면, 본 발명의 효과를 얻기 위한 충분한 경화 처리 깊이를 용이하게 얻을 수 있다. 또한, 300kV 이하로 함으로써, 전자선 조사 장치가 대형화되어 장치 비용이 증대되는 것을 특히 억제할 수 있다. 더욱 바람직한 가속 전압의 조건으로서는 80kV 이상 150kV 이하이다.
전자선 조사에 있어서의 전자선의 선량은, 하기 식(1)로 정의된다.
D =(K·I)/V ······(1)
여기서, D는 선량(kGy), K는 장치 상수, I는 전자 전류(mA), V는 처리 스피드(m/min)이다. 장치 상수(K)는, 장치 개개의 효율을 나타내는 상수이며, 장치의 성능의 지표이다. 장치 상수(K)는 일정한 가속 전압의 조건에서, 전자 전류와 처리 스피드를 바꾸어서 선량을 측정함으로써 구할 수 있다. 전자선의 선량 측정은, 선량 측정용 필름을 롤러 표면에 부착하고, 이것을 실제로 전자선 조사 장치로 처리하고, 롤러 표면의 측정용 필름을 필름 선량계에 의해 측정할 수 있다. 그 때, 선량 측정용 필름은 상품명: FWT-60, 필름선량계는 상품명: FWT-92D형(모두 Far West Technology사제)을 사용할 수 있다.
본 발명에 사용하는 전자선의 선량은 30kGy 이상 3000kGy 이하가 바람직하다. 30kGy 이상이면 본 발명의 효과를 얻기 위하여 충분한 표면 경도를 용이하게 얻을 수 있다. 또한, 3000kGy 이하로 함으로써, 전자선 조사 장치가 대형화하는 것 또는 처리 시간이 증대하는 것에 의한 제조 비용의 증대를 특히 억제할 수 있다. 더욱 바람직한 전자선량의 조건으로서는 200kGy 이상 2000kGy 이하이다.
본 발명에 있어서 탄성층 표면에 노출되어 있는 복합 입자는 전자선에 의해 경화된 영역에 의해 지지되어 있다.
도 3a 및 3b에는 본 발명의 대전 롤러 표면의 형태를 모식도로서 나타내고 있지만, 도 3a는 경화 영역의 두께가 두꺼운 경우를, 도 3b는 경화 영역의 두께가 얇은 경우를 나타내고 있다.
이 경화 영역의 두께에 대해서는 특히 규정되는 것은 아니지만, 사용하는 복합 입자의 중량 평균 입자 직경의 0.5배 이상이며, 또한, 200㎛ 이하인 것이 바람직하다.
경화 영역의 두께를, 복합 입자의 중량 평균 입자 직경의 0.5배 이상으로 함으로써, 대전 부재의 표면에 노출되어 있는 복합 입자가, 감광체와의 닙에 있어서 탄성층 내에 매몰되는 것을 보다 확실하게 억제할 수 있다.
또한, 경화 영역의 두께를 200㎛ 이하로 함으로써, 대전 부재의 내부 경도가 높아지는 것에 의한 감광체와의 닙의 폭이 과도하게 좁아지는 것을 억제할 수 있다.
전술한 바와 같이, 전자선에 의한 경화 처리 깊이는 가속 전압에 따라 변화된다. 또한 일반적으로, 피조사 물질의 밀도에 의해서도 전자선의 투과 깊이가 상이한 것이 알려져 있다. 그로 인해, 실제의 경화 처리 깊이를 확인하는 방법으로서는 유니버설 경도계를 사용한 표면 경도의 측정을 들 수 있다.
유니버설 경도란, 압자를, 하중을 가하면서 측정 대상물에 압입함으로써 구해지는 물성값이며, (시험 하중)/(시험 하중 하에서의 압자의 표면적)(N/㎟)으로서 구해진다. 이 유니버설 경도의 측정은, 예를 들어 Fischer사제 초미소 경도계 H-100V (상품명) 등의 경도 측정 장치를 사용하여 행하는 것이 가능하다. 이 측정 장치에서는, 사각 추 등의 압자를, 소정의 비교적 작은 시험 하중을 걸면서 피측정물에 압입하고, 소정의 압입 깊이에 달한 시점에서 그 압입 깊이로부터 압자가 접촉하고 있는 표면적을 구하고, 상기 식으로부터 유니버설 경도를 구하는 것이다. 즉, 정하중 측정 조건에서 압자를 피측정물에 압입한 때, 압입된 깊이에 대한 그때의 응력을 유니버설 경도로서 정의하는 것이다.
도 4에는 유니버설 경도의 측정 결과의 일례를 나타낸다. 그래프의 횡축은 압입 깊이(㎛)이며, 종축은 경도(N/㎟)이다. 도 4로부터, 압입 깊이에 대한 경도 변화가 작고, 직선 영역인 횡축 150㎛ 이상 200㎛ 이하의 측정 영역으로부터 외부 삽입되는 직선과 측정 곡선과의 어긋남이 발생하는 점의 횡축값을 경화 영역(13)의 두께로서 정의할 수 있다. 또한, 도 4의 측정예의 경화 영역의 두께는 50㎛이다.
또한, 이러한, 롤러 표면으로부터 예를 들어 10㎛ 이상의 깊이의 경화 영역을 1층의 탄성층 중에 제작할 수 있는 것이, 전자선 처리의 특징이다.
전자선 조사를 행한 대전 롤러는, 통상, 탄성층의 내부가 연하고, 탄성층 표면에만 대전 롤러의 반경 방향으로 경도의 경사가 있는(구체적으로는, 탄성층 표면이 가장 단단하고, 탄성층 내부에 접근함에 따라 부드러워지는) 경화 영역이 형성된다. 이 대전 롤러를 유니버설 경도계로 측정하면, 도 4와 같은 측정 결과가 얻어진다. 즉, 대전 부재의 탄성층이 전자선의 조사에 의해 경화된 영역을 갖고 있는 것은, 유니버설 경도계에 의해 확인할 수 있다.
실시예
이하에 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 이들은, 본 발명을 전혀 한정하는 것이 아니다. 또한, 이하, 특히 명기하지 않는 한, 시약 등은 시판되고 있는 고순도품을 사용하였다.
<복합 입자 No. 1 내지 4의 제조>
본 발명에 관한, 실리카를 포함하는 다공질 입자의 표면이 탄소를 포함하는 막으로 피복된 복합 입자를 이하의 방법에 의해 제작하였다.
우선, 원재료로서, 탈지 겨를 70 메쉬로 체에 걸러낸 것을 준비하였다. 이것에, 페놀 수지(상품명: GA-1364A, DIC사제)를 원재료와 페놀 수지와의 합계 질량에 대하여 25질량％로 되도록 첨가하여, 혼합하였다.
그후, 온도 90℃에서 가열하여, 조립화하고, 5메쉬의 체에 걸러, 입상 혼합물을 얻었다.
이 입상 혼합물을 로터리 튜브퍼니스에서, 질소 가스 하에 소성하였다. 또한, 소성은, 실온(약 25℃)에서 500℃까지는, 1℃/분의 비율로 승온하였다. 그리고, 500℃에서 1시간 정치하고, 계속해서, 온도 900℃까지는, 2℃/분의 비율로 승온시켰다. 그리고, 900℃에서 2시간 정치하였다. 그후, 실온으로 냉각하여, 소성물을 얻었다. 여기서, 900℃로부터 실온까지의 냉각은, 2℃/분의 비율로 행하였다.
얻어진 소성물을 기류 분급 수단을 구비한 분쇄기를 사용하여 분쇄 및 분급을 행하여, 하기 표 1에 나타내는 중량 평균 입자 직경 및, 세공 직경을 갖는 복합 입자 No. 1 내지 4를 얻었다.
[표 1]
Figure pct00001
(실시예 1)
하기 표 2에 나타내는 재료를, 6리터 가압 니이더(상품명: TD6-15MDX, 토우 신사제)를 사용하여, 충전율 70vol％, 블레이드 회전수 30min-1(rpm)로 16분간 혼합하여 A 혼련 고무 조성물을 얻었다.
[표 2]
Figure pct00002
계속해서, 하기의 표 3에 나타내는 재료를, 롤 직경 12인치(0.30m)의 오픈 롤로, A 혼련 고무 조성물과 혼합하였다. 이때, 전 롤 회전수 8rpm, 후 롤 회전수 10rpm, 롤 간극 2mm로, 좌우의 트랜지션을 합계 20회 실시하고, 그후, 롤 간극을 0.5mm로 하여 박 통과 10회를 행하여, 탄성층용의 미가황 고무 조성물을 얻었다.
[표 3]
Figure pct00003
(가황 고무층의 성형)
직경 6mm, 길이 244mm의 원기둥형의 도전성 코어 금속(강제, 표면은 니켈 도금)의 원기둥면의 축방향 중앙부 222mm에 도전성 가황 접착제(상품명: 메탈록U-20, 도요카가쿠 겐큐쇼제)를 도포하고, 80℃에서 30분간 건조하였다. 이어서, 상기 미가황 고무 조성물을, 크로스헤드를 사용한 압출 성형에 의해, 코어 금속을 중심으로 하여 동축형으로 원통형에 동시에 압출하여, 코어 금속의 외주에 미가황 고무 조성물이 코팅된 직경 8.8mm의 미가황 고무 롤러를 제작하였다.
그때, 압출기는, 실린더 직경 45mm(Φ45), L/D가 20인 압출기를 사용하고, 압출 시의 온도 조절은 헤드 90℃, 실린더 90℃, 스크류 90℃로 하였다. 성형한 미가황 고무 롤러의 미가황 고무 조성물의 층의 양단을 절단하여, 미가황 고무 조성물의 층의 축방향 폭을 226mm로 하였다.
그후, 전기로에서 160℃로 40분간 가열하여 미가황 고무 조성물의 층을 가황 고무층으로 하였다. 계속해서, 가황 고무층의 표면을 플랜지컷 방식의 연마기로 연마하고, 단부 직경 8.35mm, 중앙부 직경 8.50mm의 크라운 형상의 복합 입자의 일부가 노출된 가황 고무층을 갖는 가황 고무 롤러를 얻었다.
(연마 후의 가황 고무층의 표면 경화 처리)
얻어진 연마 후의 가황 고무 롤러의 표면(가황 고무층 표면)에 전자선을 조사하여 경화 처리를 행하고, 탄성층의 표면에 경화된 영역을 갖는 대전 롤러를 얻었다. 전자선의 조사에는, 최대 가속 전압 150kV·최대 전자 전류 40mA의 전자선 조사 장치(이와사키덴키 가부시키가이샤 제조)를 사용하고, 조사 시에는 질소 가스 퍼지를 행하였다. 처리 조건은 가속 전압: 150kV, 전자 전류: 35mA, 처리 속도: 1m/min, 산소 농도: 100ppm이었다. 이때, 전자선 조사 장치의 가속 전압 150kV에 있어서의 장치 상수는 37.8이며, 식(1)로부터 산출되는 선량은 1323kGy이었다.
(경화 처리 두께의 측정)
대전 롤러의 표면 경도를 유니버설 경도계로 측정함으로써, 경화 처리 두께를 측정하였다. 측정은 초미소 경도계(상품명: H-100V, Fischer사제)를 사용하여 행하고, 압자는 사각 추형 다이아몬드를 사용하였다. 압입 속도는 하기 식(2)의 조건이다.
dF/dt =1000mN/240s ····(2)
(상기 식(2) 중, F는 힘, t는 시간을 나타냄)
도 4에 도시한 바와 같이, 압입 깊이에 대한 경도 변화가 작은 횡축 150㎛ 이상 200㎛ 이하의 측정 영역으로부터 외부 삽입되는 직선과 측정 곡선과의 어긋남이 발생하는 점의 횡축값을 경화 영역의 두께로서 구한 바, 경화 영역의 두께는 90㎛이었다.
(표면 조도의 측정)
대전 롤러(탄성층) 표면의 10점 평균 조도(Rz)를 측정하였다. 측정은, 일본 공업 규격(JIS) B0601: 1982에 기초하여, 표면 조도 측정기(상품명: 서프코더SE3400, 고사까 겐큐쇼사제)를 사용하여 행하였다. 측정에는, 선단 반경 2㎛의 다이아몬드로 만든 접촉 바늘을 사용하였다. 측정 조건은 이하대로 하였다.
·측정 스피드: 0.5mm/s,
·컷오프 주파수(λc): 0.8mm,
·기준 길이: 0.8mm,
·평가 길이: 8.0mm.
측정은 대전 롤러 1개당, 축방향 3점×주위 방향 2점, 계 6점에 대하여 각각 조도 곡선을 측정하여 Rz의 값을 산출하고, 그들 6점의 Rz의 평균값을 구하여 대전 롤러의 Rz의 값으로 하였다. 그 결과, Rz는 5.4㎛이었다.
(화상 평가)
평가에 사용하는 전자 사진 장치로서, 레이저 빔 프린터(상품명: LaserJet P1005 휴렛 펙커드제, A4지 세로 출력용, 클리닝 부재로서 탄성 블레이드를 사용)를 준비하였다. 당해 레이저 빔 프린터용의 프로세스 카트리지에, 상기에서 제작한 대전 롤러를 내장하고, 상기의 레이저-빔 프린터에 장전하였다. 온도 23℃, 상대 습도 50％의 환경 하에서, 하프톤 화상(전자 사진 감광체의 회전 방향과 수직 방향으로 폭 1 도트의 선을 간격 2 도트로 그리는 화상)을 1매 출력하였다. 이것을 초기의 하프톤 화상이라고 칭한다.
이어서, 1매의 전자 사진 화상을 출력한 후, 전자 사진 감광체의 회전을 완전히 정지시키고, 다시 화상 형성의 동작을 재개하는 간헐적인 화상 형성 동작을 반복하여 2000장의 전자 사진 화상을 출력하는 내구 시험을 행하였다. 이때 출력한 화상은, 2 도트의 가로선 후에 118 도트의 여백이 반복되는, 괘선 형상의 화상이다. 계속해서, 다시, 하프톤 화상을 1매 출력하였다. 이것을 내구 시험 후의 하프톤 화상이라고 칭한다. 그리고, 얻어진 2매의 하프톤 화상에 대해서, 육안으로, 대전 불균일에 기인하는 농도 불균일의 유무 및 그 정도를 관찰하고, 이하의 기준으로 평가하였다.
(평가 1) 대전 성능(초기, 내구후)의 평가
상기에서 얻어진 초기 및 내구 시험 후의 하프톤 화상에 대하여 각각 육안으로 관찰하고, 대전 불균일에 기인하는 농도 불균일의 유무를, 하기 표 4에 기재된 기준에 기초하여 평가하였다. 이에 의해, 본 실시예에 관한 대전 롤러의 초기 및 내구 시험 후의 대전 성능을 알 수 있다.
[표 4]
Figure pct00004
(평가 2) 클리닝 불량에 기인하는 화상 결함의 유무의 평가
상기 내구 시험에 있어서 출력한 2000장의 전자 사진 화상에 대해서, 1매째 내지 1000매째의 제1군 및, 1001매째부터 2000매째의 제2군의 2개의 그룹으로 나누고, 각 군에 속하는 1000매의 전자 사진 화상에 대해서, 육안으로, 감광체의 클리닝 불량에 기인하는 화상 결함의 유무 및 그 정도를 관찰하여, 하기 표 5에 기재된 기준에 기초하여 평가한다.
[표 5]
Figure pct00005
(실시예 2)
실시예 1의 A 혼련 고무 조성물에 사용한 복합 입자의 배합 부수를 5질량부로 변경한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 탄성층의 표면에 경화된 영역을 갖는 대전 롤러를 제작하였다. 실시예 1과 마찬가지로, 경화 처리 두께와 표면 조도의 측정, 화상의 평가를 행하였다.
(실시예 3)
실시예 1의 A 혼련 고무 조성물에 사용한 복합 입자의 배합 부수를 30질량부로 변경한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 탄성층의 표면에 경화된 영역을 갖는 대전 롤러를 제작하였다. 실시예 1과 마찬가지로, 경화 처리 두께와 표면 조도의 측정, 화상 평가를 행하였다.
(실시예 4)
실시예 1의 A 혼련 고무 조성물에 사용한 복합 입자의 중량 평균 입자 직경을 70㎛로 변경한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 탄성층의 표면에 경화된 영역을 갖는 대전 롤러를 제작하였다. 실시예 1과 마찬가지로, 경화 처리 두께와 표면 조도의 측정, 화상 평가를 행하였다.
(실시예 5)
실시예 4의 A 혼련 고무 조성물에 사용한 복합 입자의 배합 부수를 5질량부로 변경한 것 이외는, 실시예 4와 마찬가지로 하여, 탄성층의 표면에 경화된 영역을 갖는 대전 롤러를 제작하였다. 실시예 1과 마찬가지로, 경화 처리 두께와 표면 조도의 측정, 화상 평가를 행하였다.
(실시예 6)
실시예 4의 A 혼련 고무 조성물에 사용한 복합 입자의 배합 부수를 30질량부로 변경한 것 이외는, 실시예 4와 마찬가지로 하여, 탄성층의 표면에 경화된 영역을 갖는 대전 롤러를 제작하였다. 실시예 1과 마찬가지로, 경화 처리 두께와 표면 조도의 측정, 화상 평가를 행하였다.
(실시예 7)
실시예 1의 A 혼련 고무 조성물에 사용한 복합 입자의 중량 평균 입자 직경을 103㎛로 변경한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 탄성층의 표면에 경화된 영역을 갖는 대전 롤러를 제작하였다. 실시예 1과 마찬가지로, 경화 처리 두께와 표면 조도의 측정, 화상 평가를 행하였다.
(실시예 8)
실시예 7의 A 혼련 고무 조성물에 사용한 복합 입자의 배합 부수를 30질량부로 변경한 것 이외는, 실시예 7과 마찬가지로 하여, 탄성층의 표면에 경화된 영역을 갖는 대전 롤러를 제작하였다. 실시예 1과 마찬가지로, 경화 처리 두께와 표면 조도의 측정, 화상 평가를 행하였다.
(실시예 9)
실시예 1의 원료 고무인 NBR(상품명: JSR N230SV, JSR사제)을 SBR(상품명: Nipol1507, 닛본 제온사제)로 변경한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 탄성층의 표면에 경화된 영역을 갖는 대전 롤러를 제작하였다. 실시예 1과 마찬가지로, 경화 처리 두께와 표면 조도의 측정, 화상 평가를 행하였다.
(실시예 10)
실시예 9의 A 혼련 고무 조성물에 사용한 복합 입자의 배합 부수를 5질량부로 변경한 것 이외는, 실시예 9와 마찬가지로 하여, 탄성층의 표면에 경화된 영역을 갖는 대전 롤러를 제작하였다. 실시예 1과 마찬가지로, 경화 처리 두께와 표면 조도의 측정, 화상 평가를 행하였다.
(실시예 11)
실시예 9의 A 혼련 고무 조성물에 사용한 복합 입자의 배합 부수를 30질량부로 변경한 것 이외는, 실시예 9와 마찬가지로 하여, 탄성층의 표면에 경화된 영역을 갖는 대전 롤러를 제작하였다. 실시예 1과 마찬가지로, 경화 처리 두께와 표면 조도의 측정, 화상 평가를 행하였다.
(실시예 12)
실시예 9의 A 혼련 고무 조성물에 사용한 복합 입자의 중량 평균 입자 직경을 70㎛로 변경한 것 이외는, 실시예 9와 마찬가지로 하여, 탄성층의 표면에 경화된 영역을 갖는 대전 롤러를 제작하였다. 실시예 1과 마찬가지로, 경화 처리 두께와 표면 조도의 측정, 화상 평가를 행하였다.
(실시예 13)
실시예 12의 A 혼련 고무 조성물에 사용한 복합 입자의 배합 부수를 5질량부로 변경한 것 이외는, 실시예 12와 마찬가지로 하여, 탄성층의 표면에 경화된 영역을 갖는 대전 롤러를 제작하였다. 실시예 1과 마찬가지로, 경화 처리 두께와 표면 조도의 측정, 화상 평가를 행하였다.
(실시예 14)
실시예 12의 A 혼련 고무 조성물에 사용한 복합 입자의 배합 부수를 30질량부로 변경한 것 이외는, 실시예 12와 마찬가지로 하여, 탄성층의 표면에 경화된 영역을 갖는 대전 롤러를 제작하였다. 실시예 1과 마찬가지로, 경화 처리 두께와 표면 조도의 측정, 화상 평가를 행하였다.
(실시예 15)
실시예 1의 A 혼련 고무 조성물에 사용한 원료 고무인 NBR(상품명: JSR N230SV, JSR사제)을 BR(상품명: BR-1220L, 닛본 제온사제)로 변경하였다. 또한, 미가황 고무 조성물을 얻을 때, A 혼련 고무 조성물과 혼합하는 재료를, 하기의 표 6에 나타내는 재료로 변경하였다. 그들 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 탄성층의 표면에 경화된 영역을 갖는 대전 롤러를 제작하였다. 실시예 1과 마찬가지로, 경화 처리 두께와 표면 조도의 측정, 화상 평가를 행하였다.
[표 6]
Figure pct00006
(실시예 16)
실시예 15의 A 혼련 고무 조성물에 사용한 복합 입자의 배합 부수를 5질량부로 변경한 것 이외는, 실시예 15와 마찬가지로 하여, 탄성층의 표면에 경화된 영역을 갖는 대전 롤러를 제작하였다. 실시예 1과 마찬가지로, 경화 처리 두께와 표면 조도의 측정, 화상 평가를 행하였다.
(실시예 17)
실시예 15의 A 혼련 고무 조성물에 사용한 복합 입자의 중량 평균 입자 직경을 70㎛로 변경한 것 이외는, 실시예 15와 마찬가지로 하여, 탄성층의 표면에 경화된 영역을 갖는 대전 롤러를 제작하였다. 실시예 1과 마찬가지로, 경화 처리 두께와 표면 조도의 측정, 화상 평가를 행하였다.
(실시예 18)
실시예 17의 A 혼련 고무 조성물에 사용한 복합 입자의 배합 부수를 5질량부로 변경한 것 이외는, 실시예 17과 마찬가지로 하여, 탄성층의 표면에 경화된 영역을 갖는 대전 롤러를 제작하였다. 실시예 1과 마찬가지로, 경화 처리 두께와 표면 조도의 측정, 화상 평가를 행하였다.
(실시예 19)
실시예 1의 A 혼련 고무 조성물에 사용한 원료 고무인 NBR(상품명: JSR N230SV, JSR사제)을 EPDM(상품명: EP33, JSR사제)으로 변경하였다. 또한, 미가황 고무 조성물을 얻을 때, A 혼련 고무 조성물과 혼합하는 재료를, 표 6에 나타내는 재료로 변경하였다. 그들 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 탄성층의 표면에 경화된 영역을 갖는 대전 롤러를 제작하였다. 실시예 1과 마찬가지로, 경화 처리 두께와 표면 조도의 측정, 화상 평가를 행하였다.
(실시예 20)
실시예 19의 A 혼련 고무 조성물에 사용한 복합 입자의 배합 부수를 5질량부로 변경한 것 이외는, 실시예 19와 마찬가지로 하여, 탄성층의 표면에 경화된 영역을 갖는 대전 롤러를 제작하였다. 실시예 1과 마찬가지로, 경화 처리 두께와 표면 조도의 측정, 화상 평가를 행하였다.
(실시예 21)
실시예 19의 A 혼련 고무 조성물에 사용한 복합 입자의 중량 평균 입자 직경을 70㎛로 변경한 것 이외는, 실시예 19와 마찬가지로 하여, 탄성층의 표면에 경화된 영역을 갖는 대전 롤러를 제작하였다. 실시예 1과 마찬가지로, 경화 처리 두께와 표면 조도의 측정, 화상 평가를 행하였다.
(실시예 22)
실시예 21의 A 혼련 고무 조성물에 사용한 복합 입자의 배합 부수를 5질량부로 변경한 것 이외는, 실시예 21과 마찬가지로 하여, 탄성층의 표면에 경화된 영역을 갖는 대전 롤러를 제작하였다. 실시예 1과 마찬가지로, 경화 처리 두께와 표면 조도의 측정, 화상 평가를 행하였다.
(실시예 23)
실시예 1의 A 혼련 고무 조성물에 사용한 복합 입자의 중량 평균 입자 직경을 1㎛로 변경한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 탄성층의 표면에 경화된 영역을 갖는 대전 롤러를 제작하였다. 실시예 1과 마찬가지로, 경화 처리 두께와 표면 조도의 측정, 화상 평가를 행하였다.
(실시예 24)
실시예 23의 A 혼련 고무 조성물에 사용한 복합 입자의 배합 부수를 30질량부로 변경한 것 이외는, 실시예 23과 마찬가지로 하여, 탄성층의 표면에 경화된 영역을 갖는 대전 롤러를 제작하였다. 실시예 1과 마찬가지로, 경화 처리 두께와 표면 조도의 측정, 화상 평가를 행하였다.
(실시예 25)
실시예 1의 A 혼련 고무 조성물에 사용한 복합 입자의 배합 부수를 0.5질량부로 변경한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 탄성층의 표면에 경화된 영역을 갖는 대전 롤러를 제작하였다. 실시예 1과 마찬가지로, 경화 처리 두께와 표면 조도의 측정, 화상 평가를 행하였다.
(실시예 26)
실시예 4의 전자선의 조사 조건을, 가속 전압: 80kV, 전자 전류: 35mA, 처리 속도: 1m/min, 산소 농도: 100ppm로 변경한 것 이외는, 모두 실시예 4와 마찬가지로 하여 대전 롤러를 제작하였다. 이때, 전자선 조사 장치의 가속 전압 80kV에 있어서의 장치 상수는 20.4이며, 식(1)로부터 산출되는 선량은 714kGy이었다. 실시예 1과 마찬가지로 경화 처리 두께와 표면 조도의 측정, 화상 평가를 행하였다.
(실시예 27)
실시예 4의 전자선의 조사 조건을, 가속 전압: 70kV, 전자 전류: 35mA, 처리 속도: 1m/min, 산소 농도: 100ppm로 변경한 것 이외는, 모두 실시예 4와 마찬가지로 하여 대전 롤러를 제작하였다. 이때, 전자선 조사 장치의 가속 전압 70kV에 있어서의 장치 상수는 17.9이며, 식(1)로부터 산출되는 선량은 626.5kGy이었다. 실시예 1과 마찬가지로 경화 처리 두께와 표면 조도의 측정, 화상 평가를 행하였다.
(비교예 1)
실시예 1의 A 혼련 고무 조성물에 복합 입자를 첨가하지 않은 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 탄성층의 표면에 경화된 영역을 갖는 대전 롤러를 제작하였다. 실시예 1과 마찬가지로, 경화 처리 두께와 표면 조도의 측정, 화상 평가를 행하였다.
(비교예 2)
실시예 1의 A 혼련 고무 조성물에 사용한 복합 입자를 부정형 실리카 입자(상품명: BY-001, 도소·실리카 가부시키가이샤 제조, 평균 입경 13.3㎛) 20질량부로 변경한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 탄성층의 표면에 경화된 영역을 갖는 대전 롤러를 제작하였다. 실시예 1과 마찬가지로, 경화 처리 두께와 표면 조도의 측정, 화상 평가를 행하였다.
(비교예 3)
실시예 1에 있어서 연마 후의 가황 고무 롤러 표면에 전자선 조사를 행하지 않는 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 대전 롤러를 제작하였다. 실시예 1과 마찬가지로, 표면 조도의 측정, 화상 평가를 행하였다. 또한, 전자선 조사를 행하지 않고 있으므로, 경화 처리 두께는 없다.
이상의 실시예와 비교예의 조성을 표 6a 내지 표 6d에 통합하였다. 또한, 실시예 및 비교예에 관한 대전 롤러의 평가 결과를 표 7a 내지 7d에 나타내었다.
실리카를 포함하는 다공질 입자의 표면이 탄소를 포함하는 막으로 피복된 복합 입자에 의해, 롤러 표면을 조면화하고, 전자선 조사에 의해 경화한 실시예에서는, 비교예보다 클리닝 불량이 양호화되었다. 비교예 1에서는, 이 복합 입자를 포함하지 않은 경우로 되어 있다. 비교예 2에서는, 복합 입자 대신에 부정형 실리카 입자를 첨가한 예이다. 비교예 3에서는, 전자선 조사에 의해 경화한 영역을 갖지 않은 예가 된다. 어느 쪽의 비교예에 있어서도, 클리닝 불량의 랭크는 낮고, 실시예에 사용한 계의 효과를 확인할 수 있다.
이에 비해, 실시예 1 내지 27은 본 발명의 대전 롤러이며, 내구 후의 대전 균일성도, 클리닝 불량 화상 랭크도 C랭크 이상으로 실용상 문제가 없는 양호한 화상이 얻어지고 있다.
[표 6a]
Figure pct00007
[표 6b]
Figure pct00008
[표 6c]
Figure pct00009
[표 6d]
Figure pct00010
[표 7a]
Figure pct00011
[표 7b]
Figure pct00012
[표 7c]
Figure pct00013
[표 7d]
Figure pct00014
이 출원은 2011년 6월 30일에 출원된 일본 특허 출원 제2011-146210호로부터의 우선권을 주장하는 것이며, 그 내용을 인용하여 이 출원의 일부로 하는 것이다.
10: 대전 롤러
11: 코어 금속
12: 탄성층
13: 경화 영역

Claims (14)

  1. 도전성의 지지체와, 표면층인 탄성층을 갖는 대전 부재이며,
    상기 탄성층은, 전자선의 조사에 의해 경화된 영역을 표면에 갖고 있으며,
    상기 경화된 영역은,
    실리카를 포함하는 다공질 입자의 표면이 탄소를 포함하는 막으로 피복된 복합 입자를 상기 탄성층의 표면에 노출된 상태로 지지하고, 그것에 의해 상기 탄성층의 표면이 조면화되어 있는 것을 특징으로 하는 대전 부재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다공질 입자 중의 실리카의 함유량이 80질량％ 이상인 대전 부재.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 다공질 입자가 실리카만을 포함하는 대전 부재.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄소를 포함하는 막에 있어서의 탄소 원자의 함유량이 50질량％ 이상인 대전 부재.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄소를 포함하는 막이 탄소 원자만을 포함하는 대전 부재.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄소를 포함하는 막의 두께가 50nm 이상 10㎛ 이하인 대전 부재.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복합 입자의 중량 평균 입자 직경이 5㎛ 이상 70㎛ 이하인 대전 부재.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복합 입자의 세공 직경이 1㎛ 이상 20㎛ 이하인 대전 부재.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성층이 열경화성 고무 또는 열가소성 엘라스토머를 포함하는 대전 부재.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경화된 영역의 두께가 상기 복합 입자의 중량 평균 입자 직경의 0.5배 이상이며, 또한 200㎛ 이하인 대전 부재.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 대전 부재 및 감광체를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전자 사진 장치.
  12. 도전성의 지지체와, 표면층인 탄성층을 갖고,
    상기 탄성층은, 전자선의 조사에 의해 경화된 영역을 표면에 갖고 있으며,
    상기 경화된 영역은,
    실리카를 포함하는 다공질 입자의 표면이 탄소를 포함하는 막으로 피복된 복합 입자를 상기 탄성층의 표면에 노출된 상태로 지지하고, 그것에 의해 상기 탄성층의 표면이 조면화되어 있는 대전 부재의 제조 방법이며,
    (1) 지지체 상에, 상기 복합 입자를 포함하는 고무층을 형성하는 공정과,
    (2) 상기 고무층의 표면을 연마하여 상기 복합 입자의 일부분을 노출시키는 공정과,
    (3) 상기 공정(2)에 의해 얻은, 상기 복합 입자의 일부분이 노출된 상기 고무층의 표면에 전자선을 조사함으로써, 상기 고무층의 표면을 경화시켜서 상기 탄성층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 대전 부재의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 공정(3)에 있어서의 전자선의 가속 전압이 40kV 이상 300kV 이하인 대전 부재의 제조 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 공정(3)에 있어서의 전자선의 선량이 30kGy 이상 3000kGy 이하인 대전 부재의 제조 방법.
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