WO2007000819A1 - 現像ローラ - Google Patents

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WO2007000819A1
WO2007000819A1 PCT/JP2005/011948 JP2005011948W WO2007000819A1 WO 2007000819 A1 WO2007000819 A1 WO 2007000819A1 JP 2005011948 W JP2005011948 W JP 2005011948W WO 2007000819 A1 WO2007000819 A1 WO 2007000819A1
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WO
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organic compound
carbon black
developing roller
layer
particles
Prior art date
Application number
PCT/JP2005/011948
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English (en)
French (fr)
Inventor
Meizo Shirose
Satoshi Uchino
Original Assignee
Konica Minolta Business Technologies, Inc.
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Publication date
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Priority to PCT/JP2005/011948 priority patent/WO2007000819A1/ja
Priority to US11/917,249 priority patent/US8007426B2/en
Priority to JP2007523267A priority patent/JP4596007B2/ja
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    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G15/00—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
    • G03G15/06—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for developing
    • G03G15/08—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for developing using a solid developer, e.g. powder developer
    • G03G15/0806—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for developing using a solid developer, e.g. powder developer on a donor element, e.g. belt, roller
    • G03G15/0818—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for developing using a solid developer, e.g. powder developer on a donor element, e.g. belt, roller characterised by the structure of the donor member, e.g. surface properties
    • G—PHYSICS
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    • G03G2215/00—Apparatus for electrophotographic processes
    • G03G2215/08—Details of powder developing device not concerning the development directly
    • G03G2215/0855—Materials and manufacturing of the developing device
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    • G03G2215/0855—Materials and manufacturing of the developing device
    • G03G2215/0858—Donor member
    • G03G2215/0863—Manufacturing

Definitions

  • the present invention relates to a developing roller used in an image forming apparatus employing an electrophotographic process such as an electrophotographic copying machine or a printer.
  • image formation by a copying machine or a printer that employs an electrophotographic process is performed as follows. That is, an electrostatic latent image is formed by exposing a charged photosensitive drum, a toner image is formed by adhering toner to the electrostatic latent image, and the toner image is transferred to a recording paper to form an image. Form.
  • an electrophotographic process as a method for forming a toner image, as shown in FIG. 8, a method using a developing roller 1 (contact developing method) is adopted.
  • the toner 3 that is charged and supplied to the developing roller 1 is transferred in the clockwise direction as the developing roller 1 rotates and passes between the developing roller 1 and the toner layer thickness regulating member 2 to be predetermined. The layer thickness is adjusted.
  • the toner 3 is transferred to the developing region where the developing roller 1 and the photosensitive member 4 face each other, and the action of the bias potential applied between the developing roller 1 and the photosensitive member 4 is applied.
  • a toner image is formed by adhering to the electrostatic latent image on the photoreceptor 4.
  • such a developing roller 1 has a multilayer structure in which a base rubber layer 12, an intermediate layer 13, and a surface layer 14 are formed in this order on a core metal 11 that is a support shaft.
  • Each of the base rubber layer 12, the intermediate layer 13, and the surface layer 14 has carbon black dispersed therein in order to adjust the conductivity suitable for each.
  • the developing roller using carbon black available in the factory has a problem that density unevenness occurs when a solid image (solid latent image) is developed. According to the study by the inventors, this is due to variation in conductivity depending on the part of the developing roller, and it has been found that carbon black dispersed in each layer is one of the causes.
  • carbon black exists as secondary particles in which a plurality of basic particles are chemically and physically bonded, that is, as aggregates (also referred to as structures) (Fig. 10). This aggregate has a complex aggregate structure branched into irregular chains.
  • the aggregates also form secondary aggregates from the Van der Waals force, simple aggregation, adhesion, and entanglement, it was difficult to obtain a sufficient micro-dispersed structure. In addition, it may have a complicated shape, and even if dispersed in the medium of each layer of the developing roller described above, it was difficult for these compositions to exhibit uniform conductivity.
  • the mainstream force is that silicon or urethane is used as a base material for the base rubber layer. Since the affinity between these base materials and carbon black is poor, the dispersibility may be poor. This is one of the reasons why it is difficult to achieve the rate.
  • an object of the present invention is to provide a developing roller capable of forming a high-quality toner image.
  • It has a support shaft and at least one resin layer formed on the peripheral surface of the support shaft, and the resin layer has a number average particle diameter of the ferret diameter in the base resin material.
  • An image roller in which carbon black having a particle diameter of 5 to 300 nm and primary particles of 5% or more is dispersed.
  • primary particles in the present application will be described. Ordinary carbon black exists in the form of aggregates, but these aggregates are in a form in which a plurality of basic particles are chemically aggregated physically.
  • primary particles refer to the basic particles. However, it does not refer to the basic particles in the state of constituting the aggregate, but refers to particles that are separated and separated stably from the aggregate force.
  • secondary particles refer to aggregates formed by aggregation of basic particles.
  • secondary aggregates in which aggregates are aggregated are also collectively referred to as secondary particles in the present application.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the relationship between secondary particles and basic particles.
  • the state in which the basic particles are aggregated is defined as secondary particles.
  • Fig. 2 shows the state in which the basic particles constituting the secondary particles are separated from the secondary particles and exist stably, and the particles existing as a single basic particle are defined as primary particles. Details will be described below.
  • the carbon black used in the developing roller of the present invention has a number average particle diameter of the ferret diameter.
  • LOOnm preferably 10 to 80 nm.
  • it can be finely dispersed on the surface of the resin molding, and the surface properties can be improved.
  • the measurement target of the number average particle diameter of the ferret diameter is carbon black primary particles and secondary particles that exist stably.
  • the aggregate is an object to be measured, and the basic particles in the aggregate are not measured.
  • the carbon black existing as aggregates may be appropriately selected so that the basic particle diameter of the carbon black falls within the above range, or the aggregates may be primary particles. This can be achieved by changing the manufacturing conditions to divide into children.
  • the number average particle diameter of the ferret diameter can be observed with an electron microscope. Carbon black single unit force When calculating the number average particle size of the ferret diameter, the image is taken with a scanning electron microscope (SEM) at a magnification of 100,000 times, and 100 particles are appropriately selected and calculated.
  • SEM scanning electron microscope
  • the ferret diameter used in the present invention represents the maximum length of each carbon black particle in any one direction over the plurality of carbon black particles photographed with the electron microscope.
  • the maximum length is the distance between parallel lines when two parallel lines that are perpendicular to the above-mentioned arbitrary direction and are in contact with the outer diameter of the particle are drawn.
  • an arbitrary direction 201 is defined for a photograph 300 of a carbon black particle 200 taken with an electron microscope.
  • the distance between the two straight lines 202 perpendicular to the arbitrary one direction 201 and in contact with each force single bon black particle 200 is the free diameter 203.
  • the carbon black used in the developing roller of the present invention preferably has a number average particle diameter of the ferret diameter of the primary particles of 2 to LOONm. In particular, it is 3 to 80 nm.
  • the method for measuring the number average particle size of primary particles is in accordance with the method for measuring the number average particle size of carbon black. However, the number of measured particles shall be 100 primary particles.
  • the carbon black used in the developing roller of the present invention contains 5% or more of primary particles in the carbon black on the basis of the number.
  • the upper limit is 100%. These ratios vary depending on the industrial field to which they are applied. However, the higher the proportion of primary particles, the better the product performance in the industrial field to which it is applied. If it is a resin molding, mechanical strength, surface glossiness, etc. will improve. Specifically, it is preferable in the order of 10% or more, 20% or more, 30% or more, 40% or more, 50% or more.
  • the proportion of primary particles The measurement is performed in the same manner using the above-mentioned electron microscope, but the number of measured particles is calculated by counting the primary particles present in 1000 carbon black particles.
  • the surface of the carbon black particles which finally exist stably is subjected to a surface treatment (including grafting habit) with an organic compound or the like.
  • the grafting rate can be obtained by the following formula, where Y is the amount of organic compound before reaction and ⁇ is the extracted organic compound.
  • the graft ratio is preferably 50% or more. Dispersibility improves as the surface is evenly treated.
  • the carbon black used in the developing roller of the present invention is desirably at least the surface of which is grafted with a force having an active free radical described later or an organic compound that can be generated.
  • a suitable production method that can be used in the present invention includes at least the following steps.
  • radicals are generated on the surface of the structure, which is the smallest agglomeration unit, by heat or mechanical force, and the surface is treated with an organic compound that can capture these radicals.
  • This step effectively reduces the re-aggregation sites that have been agglomerated due to the strong agglomeration force between the carbon blacks, and prevents the primary particles of the structure and carbon black from aggregating and adhering.
  • the surface treatment includes a treatment for adsorbing the surface with an organic compound and a treatment for grafting the organic compound.
  • the organic compound is grafted on the entire surface of the secondary particles on the portion other than the surface separated from the secondary particle force! It is preferable to graft an organic compound on the surface of the carbon black in this step in order to make primary particles exist stably after the grafting step described later.
  • surface treatment can be performed by mixing carbon black aggregates with a force having active free radicals or an organic compound that can be generated.
  • this surface treatment it is preferable to include a mixing step for applying a mechanical shearing force.
  • the surface of the carbon black secondary particles is activated in the process of applying mechanical shearing force, and the organic compound itself is also activated by shearing force, resulting in a so-called radical state.
  • an apparatus capable of applying a mechanical shearing force is preferable.
  • the preferred mixing apparatus used in the surface treatment step in the present invention is a borombo system mixer (manufactured by Thermo Electron), a refiner, a single screw extruder, a twin screw extruder, a planetary screw extruder, a cone screw extruder. Machines, continuous kneaders, sealed mixers, Z-type kneaders, etc. can be used.
  • the degree of mixture filling in the mixing zone in the mixer is 80% or more.
  • the degree of fullness is calculated by the following formula.
  • Z Q / A Z: Filling degree (%) Q: Filling volume (m 2 ) A: Mixing space void volume (m 2 )
  • the mechanical shearing force can be uniformly applied to the entire particles by making the state full at the time of mixing.
  • the degree of fullness is low, the transmission of shearing force is insufficient, the activity of carbon black and organic compounds cannot be increased, and grafting may not progress easily.
  • the temperature of the mixing zone is preferably equal to or higher than the melting point of the organic compound, preferably within the melting point + 200 ° C, and more preferably within the melting point + 150 ° C.
  • surface treatment is performed by using electromagnetic waves such as ultrasonic waves, microwaves, ultraviolet rays and infrared rays, ozone action, oxidant action, chemical action and Z or mechanical shear force action in combination. It is possible to change the process time.
  • the mixing time is about 15 seconds to 120 minutes depending on the desired degree of surface treatment. Preferably 1 to: LOO minutes.
  • the organic compound used for the surface treatment is preferably added in the range of 5 to 300 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon black to perform the surface treatment step. More preferably, it is 10 to 200 parts by weight.
  • the organic compound can be uniformly attached to the surface of the bonbon black, and further, sufficient to attach to the separation surface generated when the secondary particles are formed. The amount can be made small. For this reason, it is possible to effectively prevent the decomposed primary particles from aggregating again, and carbon black produced by an organic compound that is excessively present in the finished carbon black, which is generated when added in excess of the amount of added calories. The possibility of losing inherent properties is reduced.
  • (B) A step of applying mechanical shearing force to carbon black containing at least secondary particles to form primary particles, and grafting an organic compound onto the separated surface where the secondary particle force is separated.
  • This is a step of cleaving the carbon black in which the re-aggregation sites are reduced in the surface treatment step to form primary particles from secondary particles, and at the same time grafting onto the surface with an organic compound to form stable primary particles. That is, for example, a mechanical shearing force is applied to the carbon black surface-treated with the organic compound to cause cracks in the agglomerated portion of the basic particles. Then, an organic compound is grafted on the part to prevent carbon black from reaggregating.
  • the cracked part is expanded, and the organic compound is grafted to the separation surface generated by the cleavage while forming primary particles, and finally separated as primary particles
  • the active part capable of agglomeration is not present, so that it is present as a stable secondary particle.
  • the organic compound itself is also activated by the mechanical shearing force, and the grafting is promoted.
  • carbon black grafted with an organic compound refers to carbon black in which an organic compound portion is grafted onto a carbon black portion.
  • grafting as defined here is defined by Jean-Baptiste Donnet et al. In his book “Carbon Black” (published on May 1, 1978 by Kodansha). The force is the irreversible addition of an organic compound to a substrate such as Bon Black.
  • the grafting step is a step of grafting at least a force having an active free radical in the cracked portion or an organic compound that can be generated, but a graph toy wrinkle may simultaneously occur in addition to the cracked portion. Also, it may be executed simultaneously or as a separate process during the progress of the surface treatment process.
  • a crack it is preferable to cause a crack by applying at least a mechanical shearing force. It is desirable to place the carbon black (structure) surface-treated with an organic compound in a place where mechanical shearing force is applied and to adjust the surface-treated carbon black from the structure to primary particles. When applying this mechanical shearing force, other means for causing cracks described above may be used in combination.
  • the mechanical shearing force here is preferably a shearing force similar to the mechanical shearing force in the surface treatment step described above.
  • the action of mechanical shearing force is caused by breaking the chain inside the carbon black, which is not a force, by pulverizing the carbon black from aggregates into primary particles. It can also be generated.
  • the organic compound capable of generating or having a free radical used in the present invention is an organic compound that can be cleaved under the action of a mechanical shear force field to have or generate an active free radical, for example. Contains compounds. If the active free radicals cannot be sufficiently formed only by the action of mechanical cutting force, they are exposed to electromagnetic waves such as ultrasonic waves, microwaves, ultraviolet rays, and infrared rays, under the action of ozone, or under the action of an oxidizing agent. , The number of active free radicals can be complemented.
  • Polylab system mixers manufactured by Thermo Electron
  • refiners single screw extruders, twin screw extruders, planetary screw extruders, cone screw extruders, continuous kneading machines, etc.
  • Machines sealed mixers, Z-types, etc.
  • the conditions for applying the mechanical cutting force are preferably the same as those for the surface treatment described above from the viewpoint of effectively applying the mechanical shearing force.
  • mechanical energy can be imparted to the entire particle uniformly effectively and continuously, so that grafting can be performed efficiently and uniformly. Is preferable.
  • the organic compound to be added may be gradually or intermittently added so that the amount of the organic compound becomes a predetermined amount. Add a certain amount in advance at the start of the surface process, and run until the grafting process! /.
  • the organic compound used in the grafting step as the material to be grafted with the organic compound used in the surface treatment step as the surface treatment material may be the same or different.
  • the grafting step described above is carried out under conditions not lower than the melting point of the organic compound used.
  • the upper limit of the temperature condition is particularly preferably within the melting point of the organic compound + 200 ° C., more preferably within the melting point + 150 ° C., from the viewpoint of promoting the graft reaction and fragmentation of the primary particles.
  • the temperature is set with respect to the melting point of the organic compound having the highest melting point.
  • the mechanical shearing force application time described above depends on the amount and scale of the sample, but in order to fully execute the process, it is 1 minute or more and 100 minutes or less to improve the uniformity of the reaction. It is preferable from the viewpoint.
  • the method for adjusting the amount of the primary particles is not particularly limited, but can be adjusted by changing the above-described conditions for applying the mechanical shearing force. More specifically, the mechanical shearing force can be changed by adjusting the mixing degree of the mixing zone in the mixer for applying the shearing force to 80% or more and changing the filling degree. The proportion of primary particles can be adjusted. Furthermore, it can also be adjusted by changing the stirring torque at the time of mixing. As a method for adjusting this torque, in addition to the above-mentioned fullness, it can also be controlled by the stirring rotation speed and the stirring temperature. More specifically, when the temperature at the time of mixing is lowered, the viscosity of the molten organic compound is increased, so that the torque is increased and the resultant shear force is increased. That is, the abundance of primary particles increases.
  • Examples of usable carbon black include carbon black having a force-aggregate structure in which any commercially available carbon black such as furnace black, channel black, acetylene black, and lamp black can be used.
  • This aggregate structure means a carbon black that has been formed into a secondary particle that is formed by agglomeration of primary particles, which are basic particles, and has a structure structure, and also has a so-called aggregate force of primary particles. .
  • sufficient oxygen-containing functional groups such as carboxyl groups, quinone groups, phenol groups, and rataton groups, and layer surfaces on the surface of the carbon black. It is desirable that there are many active hydrogen atoms at the periphery.
  • the carbon black used in the present invention preferably has an oxygen content of 0.1% or more and a hydrogen content of 0.2% or more.
  • the oxygen content is 10% or less and the hydrogen content is 1% or less.
  • oxygen content and hydrogen content are Each is obtained by dividing the number of oxygen elements or the number of hydrogen elements by the total number of elements (sum of carbon, oxygen and hydrogen elements).
  • the surface treatment of the organic compound onto the carbon black can facilitate the graft reaction.
  • the oxygen content and hydrogen content on the surface of carbon black are below the above ranges, gas phase oxidation such as heated air oxidation or ozone oxidation, or nitric acid, hydrogen peroxide, potassium permanganate, sodium hypochlorite Alternatively, the oxygen content and hydrogen content of carbon black may be increased by a liquid phase acid treatment with bromine water or the like.
  • the organic compound used to surface-treat carbon black in the surface treatment process or to graft onto the carbon black in the grafting process is a force with free radicals or an organic compound that can be generated. .
  • the conditions for generating the free radical are not particularly limited. However, in the case of the organic compound used in the present invention, the free radical is removed during the grafting step. It is necessary to be in the possessed state.
  • the organic compound includes at least a compound capable of generating a free radical by electron transfer, a compound capable of generating a free radical by thermal decomposition, and a compound capable of generating a free radical as a result of the structure of the compound being cleaved by shearing force or the like. preferable.
  • the organic compound that can be generated or has a free radical used in the present invention preferably has a molecular weight of 50 or less as an upper limit, preferably 1500 or less. .
  • a molecular weight range By adopting an organic compound having such a molecular weight range, it is possible to obtain a carbon black whose surface is substituted with an organic compound having a somewhat large molecular weight, and re-aggregation of the formed primary particles can be suppressed.
  • the molecular weight to 1500 or less, the characteristics of the carbon black itself, which does not cause excessive surface modification and the characteristics of the organic compound grafted on the surface, are sufficiently exhibited. Can be demonstrated.
  • the organic compounds used in the surface treatment step and the grafting step may be the same or different, and plural types of organic compounds may be added to each step. In order to control the reaction temperature and simplify other conditions, it is desirable that the organic compounds used in the surface treatment step and the grafting step be the same.
  • Examples of the organic compound include organic compounds capable of capturing free radicals on the carbon black surface of phenolic compounds, amine compounds, phosphate ester compounds, and thioether compounds. it can.
  • organic compounds so-called anti-oxidation agents and light stabilizers are preferable. More preferably, a hindered phenol and a hindered amine system can be mentioned. Moreover, antioxidants of phosphate ester compounds, thiol compounds, and thioether compounds can also be used. A plurality of these organic compounds may be used in combination. Depending on the combination, various surface treatment characteristics can be exhibited.
  • These organic compounds preferably do not have an isocyanate group in order to reliably control the reaction. That is, when an organic compound having excessive reactivity is used, a uniform grafting reaction is difficult to be formed, and it may be necessary to use a large amount of reaction time and amount of the organic compound. The reason for this is not clear, but when an organic compound with high reactivity as described above is used, the reaction proceeds in addition to the surface active sites and is formed by the mechanical shear force that is the original purpose. It is presumed that the reaction to the active point is insufficient.
  • R C 9 H 1 (Organic compound 96)
  • Phenolic organic compounds (Organic compound 161) BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • This twin-screw extruder was mixed with two screws, and PCM-30 (manufactured by Ikegai Seisakusho) was used. It was not modified so that it could be kneaded in a continuous manner, but was modified so that the outlet could be sealed and stirred with two screws. Both were put into the apparatus so that the degree of fullness was 94%, and then stirred while being heated to a first temperature (Tpl) of 160 ° C (melting point + 35 ° C).
  • Tpl first temperature
  • the first stirring speed (Svl) was set at 30 rotations per minute and the first processing time (T1) was set for 10 minutes, and stirring processing was performed.
  • the sample was sampled and the state of the grafted soot was confirmed by Soxhlet extraction. It was found that the grafting rate was about 30%. That is, it was confirmed that the grafting progresses on the surface of the carbon black and becomes V.
  • the second stirring speed (Sv2) was set to 50 revolutions per minute at the number of rotations of the screw, and the second temperature (Tp2) was set to 180 ° C (melting point + 55 ° C).
  • the condition was changed to a condition with higher mechanical shearing force, and the second treatment time (T2) was set to 60 minutes. Thereafter, it was cooled and the treated carbon black was taken out.
  • the organic compound was grafted on the surface of the curve black at a graft ratio of 91%.
  • 65 number% of primary particles were present.
  • the number average particle diameter of the ferret diameter of carbon black was 42 nm. This carbon black is referred to as “carbon black # 1”.
  • Carbon black # 2- # 4 Carbon black # 2 to # 4 were obtained in the same manner except that the production conditions for carbon black # 1 were as shown in Tables 1 and 2.
  • the batch type twin-screw extruder used in Example 1 was charged. Subsequently, the mixture was stirred while being heated to 240 ° C. (melting point + 19 ° C.) (Tpl). Stirring was performed at a stirring speed (Svl) of 35 rotations per minute by screw rotation and stirring for 15 minutes (T1). Sampling was performed after the stirring treatment, and when the state of grafting was confirmed by Soxhlet extraction, it was found that the grafting rate was about 32%.
  • the stirring speed (Sv2) was set to 55 revolutions per minute at the number of rotations of the screw, the heating temperature (second temperature Tp2) was set to 270 ° C (melting point + 49 ° C), and the mechanical shearing force was further increased.
  • the condition was changed to a higher one and the treatment was performed for 70 minutes as the treatment time (T2). Thereafter, it was cooled and the treated carbon black was taken out.
  • the organic compound was grafted on the surface with a graft ratio of 72%. Further, 53 number% of primary particles were present. The number average particle diameter of the ferret diameter was 48 nm. This carbon black is called “carbon black # 5”.
  • Carbon black # 6 to # 9 were obtained in the same manner except that the production conditions for carbon black # 1 were as shown in Tables 1 and 2.
  • Carbon black # 1 was replaced with Ravenl035 (Columbia Chemical Industries, Ltd.) instead of carbon black (N220, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), and the other conditions were the same as shown in Table 1 and Table 2. Obtained carbon black # 10.
  • Carbon black # 5 instead of carbon black (N220, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), Ravenl035 (manufactured by Columbia Chemical Industry Co., Ltd.) was used, and the other conditions were the same as shown in Table 1 and Table 2. Obtained carbon black # 11. [0062] (Carbon black # 12 ⁇ # 13)
  • Carbon black # 12 to # 13 were obtained in the same manner except that the production conditions for carbon black # 1 were as shown in Tables 1 and 2.
  • carbon black (N220, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) is designated as carbon black # 14.
  • carbon black # 1 the sample was taken out after 1 minute of the first treatment time (T1). This is carbon black # 15.
  • Carbon black 16 was treated in the same manner except that carbon black was changed to carbon black having a ferret diameter number average particle diameter of 500 m.
  • carbon black 17 155 parts by mass of the treated carbon black was mixed with 100 parts by mass of carbon black 1 to produce a carbon black having a number average diameter of 320 m and a number ratio of primary particles of 26%. . This is called carbon black 17.
  • Table 3 shows the number average particle diameter of the ferret diameter of carbon black and the ratio of the number of primary particles in each carbon black # 1 to # 17.
  • the developing roller 110 includes a shaft 111, a base rubber layer 112, an intermediate layer 113, and a surface layer 114.
  • the material of the shaft body 111 is not particularly limited as long as it has conductivity, and a metal core made of a metal solid body or a metal cylinder body hollowed out inside is used. Examples of the material for the shaft include aluminum and stainless steel.
  • the base rubber layer 112 is desired to have excellent conductivity and low hardness, and its layer thickness is 0.5 to
  • the volume resistance is 1 ⁇ 10 3 to 1 ⁇ 10 ? ⁇ ′cm.
  • the material for forming the base rubber layer 112 include styrene-butadiene rubber (SBR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), natural rubber (NR), silicone rubber, polyurethane elastomer, ethylene-propylene-gen rubber (EPDM), and the like. It is done. These rubber components Carbon black having a ferret diameter number average particle diameter of 5 to 300 nm and primary particles of 5% or more based on the number is blended.
  • the intermediate layer 113 is a layer provided in order to suppress the non-uniformity of the conductivity of the site portion of the base rubber layer 112, the layer thickness is 5 to: L000 ⁇ m, and the volume resistance is 1 X It is desirable to be 10 4 to 1 X 10 6 ⁇ 'cm.
  • the material for forming the intermediate layer 113 is not particularly limited, but is not limited to acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR), polyurethane elastomer, chloroprene rubber (CR), natural rubber.
  • NBR acrylonitrile-butadiene rubber
  • H-NBR hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber
  • CR chloroprene rubber
  • BR butadiene rubber
  • IIR butyl rubber
  • hydrin rubber nylon, etc., which are blended with a conductive agent such as carbon black, graphite, iron oxide, zinc oxide, titanium oxide,
  • the surface layer 114 has a role of mechanically holding and transporting the toner, so that an appropriate surface roughness is required, and an appropriate insulating property is also required to maintain the charge of the toner. Furthermore, friction resistance is also required because it is contacted with the toner layer thickness regulating member.
  • the surface layer 114 has a layer thickness of 5 to: LOOO ⁇ m, and its volume resistance is preferably 1 ⁇ 10 5 to 1 ⁇ 10 9 ⁇ ′cm.
  • a polymer, a silicone-modified polyurethane, or the like that is blended with a conductive agent such as carbon black, graphite, iron oxide, zinc oxide, titanium oxide, tin oxide, or a charge control agent is used.
  • the developing roller 120 of the second embodiment shown in FIG. 5 differs from the developing roller 110 of the first embodiment in that an intermediate layer is omitted.
  • carbon black having a ferret diameter number average particle diameter of 5 to 300 nm and primary particles of 5% or more based on the number is used as a conductive agent for the base rubber layer 122. Therefore, even if the intermediate rubber layer is omitted, the density unevenness in the developed toner image can be suppressed within an allowable range even if the intermediate rubber layer is omitted.
  • the developing roller 130 of the present embodiment has a number average particle diameter of the ferret diameter used as a conductive agent of 5 to 300 nm and 5 primary particles based on the number of particles.
  • % Or more of carbon black is used for the intermediate layer that is not the base rubber layer.
  • the base rubber layer 132 contains general carbon black, graphite, iron oxide, zinc oxide, titanium oxide, tin oxide, etc. as the conductive agent, and the ferret diameter used as the conductive agent for the intermediate layer 133 is.
  • a carbon black having a number average particle size of 5 to 300 nm and primary particles of 5% or more based on the number is dispersed.
  • the developing roller 140 of this embodiment has a number average particle diameter of the ferret diameter used as a conductive agent of 5 to 300 nm and 5 primary particles based on the number of particles.
  • the difference is that more than% carbon black is used for the surface layer that is not the base rubber layer.
  • the base rubber layer 142 contains general carbon black, graphite, iron oxide, zinc oxide, titanium oxide, tin oxide, etc. as a conductive agent, and is used as a conductive agent for the surface layer 144.
  • Carbon black having a number average particle diameter of ferret diameter of 5 to 300 nm and primary particles of 5% or more based on the number is dispersed.
  • the developing roller 1 of Example 1-1 As the developing roller of Example 1-1, the developing roller 1 of the first embodiment described above was obtained through the following manufacturing process.
  • a core metal having an outer diameter of 10 mm and a SUS304 force was prepared as the shaft body 111.
  • the base rubber layer 112 10 parts by mass of the above-mentioned carbon black # 1 as a conductive agent is added to 100 parts by mass of silicone rubber, and 5 parts by mass of tin oxide as a conductive agent is added. (Compounded Ikegai Co., Ltd.) was used for kneading to obtain a compounded rubber material, and this rubber compound was coextruded on the outer peripheral surface of the metal core to form a layer with a thickness of 5 mm.
  • the obtained base rubber layer had a volume resistance value of 1 ⁇ 10 5 ⁇ ′cm.
  • intermediate layer 113 5 parts by mass of zinc oxide as a conductive agent and 3 parts by mass of vulcanization accelerator BZ with respect to 100 parts by mass of hydrogenated acrylonitrile monobutadiene rubber (H-NBR), Add 1 part by weight of sulfur as a vulcanizing agent and 100 parts by weight of methyl ethyl ketone, disperse using a ball mill, adjust the coating liquid for the intermediate layer, and apply this coating liquid to the outer peripheral surface of the base rubber layer. By coating, drying and heat treatment under the temperature condition of 80 ° C, an intermediate layer with a layer thickness of 20 m was formed. The obtained intermediate layer 113 has a volume resistance. The resistance value was 1 ⁇ 10 7 ⁇ 'cm.
  • the surface layer 114 a composition obtained by adding 10 parts by mass of zinc oxide to 100 parts by mass of the silicone-grafted acrylic polymer and melt-mixing with two rolls on the intermediate layer with a cross roll.
  • the surface layer 114 having a layer thickness of 40 m was formed. Its volume resistance is 1 X 10 6
  • Example 1-1 For the base rubber layer 112 of Example 1-1, the same manufacturing method and materials as in Example 1-1 were used except that carbon black # 2 to # 17 were used instead of carbon black # 1 as a conductive agent. Carbon blacks # 2 to # 12 are Examples 1-2 to 1-12, and carbon blacks # 13 to # 17 are Comparative Examples 1-1 to 1-5.
  • the surface layer 124 is formed directly on the outer peripheral surface of the base rubber layer 122 without an intermediate layer.
  • an oxide layer is used instead of the carbon black # 1 used for the base rubber layer in the manufacturing method in Example 1-1 above, and an intermediate layer is formed.
  • Carbon black instead of acid-zinc, a conductive agent that forms
  • Example 3-1 The same manufacturing method and materials as in Example 3-1 were used except that carbon black # 2 to # 17 were used.
  • Carbon black # 2 to # 12 are examples 3-2 to 3-12, carbon black
  • tin oxide was used instead of carbon black used for the base rubber layer in the manufacturing method of Example 11 above.
  • the same manufacturing method as in Example 11 above was adopted except that carbon black # 1 was used instead of acid zinc as a conductive agent for forming the surface layer.
  • Example 4-1 For the surface layer 144 of Example 4-1 above, the same manufacturing method and materials as in Example 11 1 were used except that carbon black # 2 to # 17 were used instead of carbon black # 1 as the conductive agent.
  • the developing rollers 140 of Examples 4 2 to 4 12 and Comparative Examples 4 1 to 4 5 were used.
  • a developing roller was obtained by the same production method as in Example 1-1, except that the base rubber layer 112 of Example 2-1 was used instead of the base rubber layer 112 of the developing roller 110 of Example 1-1. This is the developing roller of Comparative Example 5.
  • a developing roller was obtained by the same production method as in Example 2-1, except that the base rubber layer 132 of Example 3-1 was used instead of the base rubber layer 122 of the developing roller 120 of Example 2-1. This is the developing roller of Comparative Example 6.
  • a monochrome printer (LP-1380: manufactured by Co-Caminorta Business Technologies) Then, in a low-temperature and low-humidity environment (10 degrees ZlO% RH), 5,000 sheets were printed in the pixel room 5% in the single sheet intermittent mode, and then the monochromatic image was printed on thin plain paper with a weight of 45 g.
  • Example 3-1 1.81 1.76 0.05
  • Example 4-1 1.83 1.78 0.05
  • Comparative Example 6 1.77 1.58 0.19
  • Table 4 when image formation was performed using the developing roller of the example according to the present invention, compared to when image formation was performed using the developing roller of the comparative example. As a result, the density unevenness in the solid image was reduced and the improvement in image quality was confirmed.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the relationship between secondary particles and basic particles.
  • FIG. 2 is a view showing a state in which the basic particles constituting the secondary particles are separated from the secondary particles and exist stably.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the diameter of a flange used in the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the developing roller according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a developing roller according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a developing roller according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration of a developing roller according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a developing step in a general electrophotographic process.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional developing roller.
  • FIG. 10 is a diagram showing a conventional carbon black aggregate (structure).

Landscapes

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Abstract

　本発明は、高品位なトナー画像を形成することができる現像ローラを提供することを目的とする。 　本発明は、支持軸と、当該支持軸の周面に形成された少なくとも一層の樹脂層と、を有し、前記樹脂層は、その基体樹脂材料中に、フェレ径の個数平均粒径が５～３００ｎｍであり且つ一次粒子が個数基準で５％以上であるカーボンブラックが分散されている現像ローラに関する。

Description

明 細 書
現像ローラ
技術分野
[0001] 本発明は、電子写真複写機、プリンタ一等の電子写真プロセスを採用した画像形 成装置に用いられる現像ローラに関する。
背景技術
[0002] 一般に、電子写真プロセスを採用した複写機やプリンタによる画像形成はつぎのよ うにして行われる。すなわち、帯電された感光ドラムを露光することにより静電潜像を 形成し、この静電潜像をトナーを付着させることによりトナー像を形成し、このトナー像 を記録紙に転写することにより画像形成を行う。この電子写真プロセスにおいて、トナ 一像を形成させる方法としては、図 8に示すように、現像ローラ 1を用いた方式 (接触 現像方式)が採られている。帯電されて現像ローラ 1に供給されたトナー 3は、現像口 ーラ 1の回転に伴って右回転方向に移送され、現像ローラ 1とトナー層厚規制部材 2 との間を通過することによって所定の層厚に調整される。更に、現像ローラ 1の回転 に伴ってトナー 3は現像ローラ 1と感光体 4とが対向する現像領域に移送され、現像口 ーラ 1と感光体 4との間に印加されたバイアス電位の作用により、感光体 4上の静電 潜像に付着してトナー像を形成する。
[0003] このような現像ローラ 1は、図 9に示すように、支持軸である芯金 11上に、ベースゴ ム層 12、中間層 13、及び表層 14がこの順番で形成された多層構造を有しており、 ベースゴム層 12、中間層 13、表層 14の各々は、それぞれに適した導電率に調整す るためにカーボンブラックが分散されて 、る。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] し力しながら、巿場で入手可能なカーボンブラックを用いた現像ローラにおいては、 ベタ画像 (ベタ潜像)を現像した際に濃度ムラが発生する問題がある。発明者らの検 討によれば、これは現像ローラの部位により導電性にバラツキがあることによるもので 、各層に分散されたカーボンブラックがその一因であることが判明した。 [0005] 通常、カーボンブラックは、複数の基本粒子が化学的、物理的に結合した二次粒 子、すなわち凝集体 (ストラクチャともいう）として存在している（図 10)。この凝集体は 、不規則な鎖状に枝分かれした複雑な凝集構造をとつている。また、凝集体同士が V an der Waals力や単なる集合、付着、絡み合いなどから二次凝集体をも形成する ため、十分なミクロ分散構造を得ることは困難であった。また複雑な形状を有している こともあり、上記した現像ローラの各層の媒体に分散しても、それらの組成物が均一 な導電率を奏することが困難であった。
[0006] 特に、ベースゴム層の基材としてシリコンやウレタンが使用されてることが主流であ る力 これら基材とカーボンブラックとの親和性が悪いため分散性が不良であることも 均一な導電率を奏することが困難な一因となっている。
[0007] さらに、表層においては、トナー層厚規制部材ゃ感光体との機械的接触、摩擦を 受けるため、凝集体が表層から離脱することにより経時的に電気的特性が変化すると いった問題もあった。
そこで、本発明は、高品位なトナー画像を形成することができる現像ローラを提供 することをその目的とする。
課題を解決するための手段
[0008] 上記諸目的は、下記（1)〜（9)により達成される。
(1)支持軸と、当該支持軸の周面に形成された少なくとも一層の榭脂層と、を有し、 前記榭脂層は、その基体榭脂材料中に、フェレ径の個数平均粒径が 5〜300nmで あり且つ一次粒子が個数基準で 5%以上であるカーボンブラックが分散されている現 像ローラ。
(2)前記榭脂層は複数の榭脂層を含み、これら複数の榭脂層のうち、少なくとも一つ の榭脂層に前記カーボンブラックが分散されている（1)に記載の現像ローラ。
(3)前記複数の榭脂層は、前記支持軸上に形成されたベースゴム層と、当該ベース ゴム層より外周側に設けられた表層と、を有する（2)に記載の現像ローラ。
(4)前記ベースゴム層に前記カーボンブラックが分散されて 、る (3)に記載の現像口 ーラ。
(5)前記表層に前記カーボンブラックが分散されて 、る (3)に記載の現像ローラ。 (6)前記ベースゴム層と前記表層との間に中間層が設けられて 、る (3)に記載の現 像ローラ。
(7)前記中間層に前記カーボンブラックが分散されている（6)に記載の現像ローラ。
(8)前記カーボンブラックの表面が有機化合物で表面処理されて 、る (1)から（7)の 何れかに記載の現像ローラ。
(9)前記有機化合物が、少なくともフ ノール系化合物及びまたはアミン系化合物を 含む（8)に記載の現像ローラ。
[0009] 本願でいう一次粒子について説明する。通常のカーボンブラックは凝集体の形態 で存在するが、これらの凝集体は複数の基本粒子が化学的 Z物理的に凝集した形 態である。本願でいう一次粒子は、その基本粒子を指す。しかし凝集体を構成する状 態の基本粒子を指すものではなぐ凝集体力ゝら分離して基本粒子の状態で安定して 存在している粒子を指す。本願でいう二次粒子とは、基本粒子が凝集してできた凝 集体を指す。ここで、凝集体同士が凝集した二次凝集体も本願では、二次粒子と総 称する。
[0010] 図 1は二次粒子と基本粒子の関係を説明する図である。基本粒子が凝集してでき た状態を二次粒子としている。また、図 2は二次粒子を構成する基本粒子が二次粒 子から分離され、安定して存在している状態を指し、この基本粒子単体で存在する粒 子を一次粒子とする。以下、詳細に説明する。
[0011] (1)フ レ径の個数平均粒径
本発明の現像ローラに使用されるカーボンブラックは、フェレ径の個数平均粒径が
5〜300nmの範囲である。好ましくは、 10〜： LOOnmであり、特に好ましくは 10〜80 nmである。このような範囲をとることによって、例えば榭脂成型物へ表面に緻密に分 散することができ、表面性を向上させることが可能となる。
[0012] ここでフェレ径の個数平均粒径の測定対象は、安定に存在するカーボンブラックの 一次粒子と二次粒子である。凝集体として存在するカーボンブラックの場合は、その 凝集体が測定の対象となり、凝集体中の基本粒子を計測するものではない。
[0013] この個数平均粒径に制御するには、凝集体として存在するカーボンブラックの基本 粒子径が上記の範囲に入るものを適宜選択して処理を行うことや、凝集体を一次粒 子に分断する製造時の条件を変更することで達成すること出来る。
[0014] このフェレ径の個数平均粒径は、電子顕微鏡により観察することができる。カーボン ブラック単体力 このフェレ径の個数平均粒径を求めるときは、走査型電子顕微鏡 (S EM)により、 10万倍に拡大して撮影し、 100個の粒子を適宜選択して算出する。
[0015] 尚、榭脂などの成型物力 カーボンブラックの平均粒径を求める場合は透過型電 子顕微鏡 (TEM)により 10万倍に拡大して撮影し、 100個の粒子を適宜選択して算 出してもよい。
[0016] 尚、本発明で用いられるフェレ径とは、上記電子顕微鏡で撮影された複数のカーボ ンブラック粒子にぉ 、て、各カーボンブラック粒子の任意の一方向における最大長さ を表す。最大長さとは、上記任意の一方向に対して垂直で、粒子の外径に接する 2 本の平行線を引く場合の平行線間の距離をいう。
[0017] 例えば、図 3において、電子顕微鏡によるカーボンブラック粒子 200の撮影写真 30 0につ 、て任意の一方向 201を定める。前記任意の一方向 201に対して垂直で各力 一ボンブラック粒子 200に接する 2本の直線 202の間の距離がフ レ径 203である。
[0018] 本発明の現像ローラに使用されるカーボンブラックは、その一次粒子のフェレ径の 個数平均粒径が 2〜： LOOnmであることが好ましい。特には、 3〜80nmである。このよ うな範囲のカーボンブラックを使用することにより、榭脂成型物に分散した場合は、そ の強度を増させることができる。または、成型物の光沢度が向上させたり、もしくは仕 上がり状態を美しくさせることが出来る。一次粒子の個数平均粒径の測定方法は、上 記カーボンブラックの個数平均粒径の測定方法に準じる。但し、測定粒子数は一次 粒子を 100個とする。
[0019] (2)—次粒子の割合
本発明の現像ローラに使用されるカーボンブラックは、一次粒子をカーボンブラック 中に個数基準で、 5%以上含有する。上限としては、 100%である。これらの割合は、 適用する工業分野によって好適な割合が変わるが、一次粒子の存在割合が多いほ ど、適用する工業分野での製品の性能を良好にすることが可能となる。榭脂成型物 であれば、機械的強度、表面光沢性などが向上する。具体的には、 10%以上、 20 %以上、 30%以上、 40%以上、 50%以上の順で好ましくなる。一次粒子の割合を 測定するときは、上述の電子顕微鏡を用いて同様に行うが、測定粒子数はカーボン ブラック粒子 1000個中に存在する一次粒子をカウントして計算する。
[0020] (3)カーボンブラック
本発明の現像ローラに使用されるカーボンブラックは、最終的に安定して存在する カーボンブラック粒子表面が、有機化合物などで表面処理 (グラフトイ匕を含む)されて いることが好ましい。グラフト化率は、反応前有機化合物量を Y、抽出された有機化 合物を Ζとするとき、下式で求められる。
( (Υ-Ζ) /Υ) Χ 100 (%)
グラフトイ匕率は 50%以上が好ましい。表面に均一に処理されているほど分散性が 向上する。
[0021] 本発明の現像ローラに使用されるカーボンブラックは、後述する活性遊離基を有す る力または生成することができる有機化合物で少なくともその表面がグラフトされてい ることが望ましい。このような構成をとることにより、媒体への分散が向上するば力りか 、機械的強度も向上することに寄与することができる。
[0022] (4)カーボンブラックの製法
本発明の現像ローラに使用されるカーボンブラックの好適な製法について説明する
。本発明で使用できる好適な製法としては、少なくとも以下の工程を有するものであ る。
(Α)活性遊離基を有する力または生成することができる有機化合物で少なくとも基 本粒子の凝集体 (ストラクチャー）力もなる二次粒子を含むカーボンブラックの表面を 処理する表面処理工程、
(Β)少なくとも二次粒子を含むカーボンブラックに機械的剪断力を付与して一次粒 子化させ、且つ、二次粒子から分離した分離目に有機化合物をグラフト化する工程。 以下詳細に (Α)、（Β)について説明する。
[0023] (Α)活性遊離基を有する力または生成することができる有機化合物で少なくとも基 本粒子の凝集体 (ストラクチャー）力もなる二次粒子を含むカーボンブラックの表面を 処理する表面処理工程
本工程では、凝集体力もなるカーボンブラックの表面を上記有機化合物で表面処 理する工程である。
本工程では、最小凝集単位であるストラクチャの表面上に熱や機械的な力によりラ ジカルを発生させ、このラジカルを捕捉することが可能である有機化合物で表面処理 する。この工程によって、カーボンブラック同士の強い凝集力により、再び凝集してい た再凝集部位を効果的に減少させ、ストラクチャやカーボンブラックの一次粒子が凝 集付着を防止することができる。
[0024] ここで表面処理とは、表面を有機化合物で吸着させる処理、有機化合物をグラフト させる処理を含んでいる。一次粒子化した後に粒子を安定ィ匕させるために、二次粒 子力 分離した面以外の部分に二次粒子の表面全体に有機化合物がグラフト化され て!、ることが好ま 、。後述するグラフト工程後に安定して一次粒子を存在させるた めに、本工程で、カーボンブラック表面に有機化合物をグラフトさせることが好ましい
[0025] 表面処理の方法としては、例えば、カーボンブラック凝集体と活性遊離基を有する 力または生成することができる有機化合物を混合することによって表面処理が可能で ある。この表面処理に於いては機械的剪断力を付与する混合工程を含むことが好ま しい。すなわち、機械的剪断力を付与する工程にてカーボンブラックの二次粒子の 表面が活性化され、さらに、有機化合物自体も剪断力にて活性化され、いわゆるラジ カル化された状態となりやすぐ結果としてカーボンブラック表面に有機化合物のダラ フト化が促進されやすくなるものと推定される。
表面処理工程においては、機械的剪断力を付与できる装置が好ましい。
[0026] 本発明において表面処理工程に使用される好ましい混合装置については、ボリラ ボシステムミキサ (サーモエレクトロン社製)、リファイナ、単軸押出機、二軸押出機、 遊星軸押出機、錐形軸押出機、連続混練機、密封ミキサー、 Z形ニーダーなどを使 用することができる。
[0027] 表面処理工程時に上記装置を使用する場合には、混合機中の混合ゾーンの混合 物充満度が 80%以上となるように設定することが好ま 、。充満度は下記の式により 求められる。
Z = Q/A Z :充満度 (％) Q :充填物体積 (m2) A:混合部空隙量 (m2)
[0028] すなわち、混合時に高い充満状態とすることで機械的な剪断力が粒子全体に均一 に付与することができる。この充満度が低い場合には剪断力の伝達が不十分となり、 カーボンブラックや有機化合物の活性を高くすることができず、グラフトイ匕が進行しに くくなる可能性がある。
[0029] 混合時は混合ゾーンの温度を、上記有機化合物の融点以上、好ましくは融点 + 20 0°C以内、さらには、融点 + 150°C以内とすることが好ましい。尚、複数種類の有機 化合物が混合される場合は最も融点の高い有機化合物の融点に対して温度設定が されることが好ましい。
[0030] 混合時には、超音波、マイクロ波、紫外線、赤外線などの電磁波の照射、オゾン作 用、酸化剤の作用、化学的作用及び Z又は機械的剪断力作用などを併用すること により表面処理の程度、工程の時間を変更することが可能である。混合時間は、所望 の表面処理の程度にもよる力 15秒から 120分程度である。好ましくは 1〜： LOO分で ある。
[0031] 表面処理に使用する有機化合物は、カーボンブラック 100重量部に対して、 5〜30 0重量部の範囲内で添加して表面処理工程を行うことが好ましい。さらに好ましくは、 10〜200重量部である。このような範囲で前記有機化合物を添加することにより、力 一ボンブラック表面に均一に有機化合物を付着させることができ、さらに、二次粒子 を形成した時点で生成する分離面に付着できるに充分な量とすることができる。この ため、分解された一次粒子が再度凝集することを効果的に防止でき、また、この添カロ 量以上に添加した場合に発生する、出来上がりのカーボンブラックにて過剰に存在 する有機化合物によるカーボンブラック固有の特性を喪失させる可能性が低くなる。
[0032] (B)少なくとも二次粒子を含むカーボンブラックに機械的剪断力を付与して一次粒子 化させ、且つ、二次粒子力 分離した分離面に有機化合物をグラフトイ匕する工程 本工程は、上記表面処理工程で再凝集部位が少なくなつたカーボンブラックを開 裂させ、二次粒子から一次粒子化させると同時に表面に有機化合物にてグラフトイ匕 し、安定な一次粒子化する工程である。すなわち、例えば、機械的剪断力を前記有 機化合物で表面処理したカーボンブラックに付与し、基本粒子の凝集部に亀裂を生 じさせつつその部分に有機化合物をグラフト化させ、カーボンブラックの再凝集を抑 制していく。当該カーボンブラックに継続して機械的剪断力を付与することにより亀裂 部分を拡大させ、一次粒子化させつつ有機化合物を開裂で生じた分離面にグラフト 化させ、最終的に一次粒子として分離した時点では、凝集可能な活性部が存在しな い状態とさせることで安定な次粒子として存在させる工程である。この場合、添加され ている有機化合物にも同様の機械的剪断力が付与されているため、有機化合物自 体も機械的剪断力にて活性化されており、グラフト化が促進される。
[0033] なお、本明細書でいう「有機化合物をグラフト化させたカーボンブラック」とは、カー ボンブラック部分に有機化合物部分がグラフトイ匕されたカーボンブラックを 、う。さら に、ここでいう「グラフト化」とは、ドネ (Jean— Baptiste Donnet)らがその著書「カー ボンブラック」（1978年 5月 1日株式会社講談社発行）にて定義しているように、力 一ボンブラックのような基質に対する有機化合物の不可逆的な付加のことである。
[0034] 上記グラフト工程は、少なくとも亀裂部分に活性遊離基を有する力または生成する ことができる有機化合物をグラフト化させる工程であるが、亀裂部分以外に同時にグ ラフトイ匕が起こっていてもよい。また、上記の表面処理工程進行中に同時にまたは別 工程として実行されても良 、。
[0035] 上記の亀裂をおこすための手段としては、超音波、マイクロ波、紫外線、赤外線な どの電磁波の照射、オゾン作用、酸化剤の作用、化学的作用、機械的剪断力作用な どさまざまな形態がとりうる。
[0036] 本発明では、少なくとも機械的剪断力を付与することによって、亀裂を起こさせるこ とが好ましい。有機化合物で表面処理されたカーボンブラック (ストラクチャ）を、機械 的剪断力が作用する場におき、表面処理されたカーボンブラックをストラクチャから一 次粒子に調整することが望ましい。この機械的剪断力を付与する際には、他の上記 に記載された亀裂を起こすための手段を合わせて使用してもよい。
ここでの機械的剪断力とは前述の表面処理工程での機械的剪断力と同様な剪断 力を加えることが好ましい。
[0037] 前述のように、機械的剪断力の作用はカーボンブラックを凝集体から一次粒子に微 粒子化させるば力りではなぐカーボンブラック内部の鎖を断裂させて活性遊離基を 生成させる事も行うことができる。本発明で使用される遊離基を備えている力または 生成することができる有機化合物は、例えば機械的剪断力場の作用を受けて断裂し て活性遊離基を有するかまたは生成することができる有機化合物を含む。機械的剪 断力の作用下だけで十分に活性遊離基が形成できない場合には、超音波、マイクロ 波、紫外線、赤外線などの電磁波の照射下、オゾンの作用下、または酸化剤の作用 下において、活性遊離基数を補完することができる。
[0038] 機械的剪断力を与える装置としては、ポリラボシステムミキサ（サーモエレクトロン社 製)、リファイナ、単軸押出機、二軸押出機、遊星軸押出機、錐形軸押出機、連続混 練機、密封ミキサー、 Z形-一ダーなどを使用することができる。なお、この機械的剪 断力を付与する条件としては前述の表面処理と同様の条件とすることが機械的剪断 力を効果的に付与する観点で好ましい。また、これら装置を使用することにより、効果 的、且つ、連続的に機械的エネルギーを粒子全体に均一に付与することができるた め、グラフトイ匕を効率的、且つ、均一に行うことができる点で好ましい。
[0039] 上記の表面処理工程とグラフト工程においては、添加する有機化合物は、有機化 合物が所定の量となるように、徐々に連続的又は断続的に添加してもよいし、上記表 面工程開始時に予め所定量を添加しておき、グラフト工程まで実行してもよ!/、。 表面処理の材料として表面処理工程に使用される有機化合物とグラフト反応させる 材料としてグラフト工程に使用される有機化合物は、同じであっても異なっていても良 い。
[0040] 上述のグラフト工程は、使用される有機化合物の融点以上の条件において実施さ れることが望ましい。温度条件の上限としては特に有機化合物の融点 + 200°C以内 、さらには、融点 + 150°C以内であることが、グラフト反応、一次粒子の分裂を促進す る観点で好ましい。尚、複数種類の有機化合物が混合される場合は最も融点の高い 有機化合物の融点に対して温度設定がされることが好ましい。
[0041] 上述の機械的剪断力作用させる時間は、試料の量やスケールにもよるが、工程を 十分に実行するために、 1分以上 100分以内であることが反応の均一性を向上する 観点で好ましい。
[0042] 上述の製造方法では、カーボンブラックと後述する有機化合物を溶媒を使用せず に混合させて機械的剪断力を付与することが好ましい。反応として有機化合物の溶 融温度以上にて剪断力を付与するため、有機化合物が液状となるため、固体である カーボンブラック表面に均一になじみ、反応を効果的に進行させることができる。溶 媒を使用した場合には、均一性は向上するものの、機械的剪断力を付与する際のェ ネルギ一の伝達が低下するため、活性ィ匕のレベルが低下してしまい、グラフトイ匕を効 果的に進行させることができにくくなると推定される。
[0043] なお、一次粒子の量を調整する方法としては特に限定されるものではないが、前述 の機械的剪断力を付与する条件を変化させることで調整することができる。より具体 的には剪断力を付与するための混合機中の混合ゾーンの混合物充満度が 80%以 上となるように調整し、その充満度を変化させることで機械的剪断力を変更でき、一 次粒子の存在割合を調整することができる。さらには混合時の攪拌トルクを変化さる ことでも調整することができ、このトルクを調整する方法として、前述の充満度に加え、 攪拌回転数や攪拌温度によっても制御することができる。より具体的には混合時の温 度を低くすると溶融状態の有機化合物の粘度が高くなる方向となるため、トルクは高 くなり、結果として付与される剪断力は増加する。すなわち、一次粒子の存在量が増 加していく。
[0044] 2)出発原料としてのカーボンブラック
使用可能なカーボンブラックとしては、例えば、ファーネスブラック、チャンネルブラ ック、アセチレンブラック、ランプブラック等、いずれの市販のものが使用できる力 凝 集体構造を有しているカーボンブラックである。この凝集体構造とは、基本粒子であ る一次粒子が凝集して形成されて、ストラクチャー構造を有するもので、いわゆる一 次粒子の凝集体力もなる、二次粒子化されたカーボンブラックを意味する。また、力 一ボンブラックへの有機化合物の表面処理ゃグラフト反応を円滑にするために、カー ボンブラックの表面に十分なカルボキシル基、キノン基、フエノール基やラタトン基な どの酸素含有官能基及び層面周縁の活発な水素原子が多く存在していることが望ま しい。そのため、本発明で使用されるカーボンブラックについて、酸素含有量が 0. 1 %以上であり、水素含有量は 0. 2%以上であることが好ましい。特には、酸素含有量 力 10%以下、水素含有量は、 1%以下である。ここで酸素含有量、水素含有量は それぞれ、酸素元素数又は水素元素数を全元素数 (炭素、酸素、水素の元素の和） で割った値で求められる。
このような範囲を選択することにより、カーボンブラックへの有機化合物の表面処理 ゃグラフト反応を円滑にすることができる。
[0045] また、上述の範囲を選択することによって、遊離基を備えて!/、る力または生成するこ とができる有機化合物を確実にグラフトさせることができ、再凝集防止効果が高くなる 。カーボンブラック表面の酸素含有量及び水素含有量が前記範囲を下回る場合に は、加熱空気酸化やオゾン酸化などの気相酸化、または硝酸、過酸化水素、過マン ガン酸カリウム、次亜塩素酸ナトリウム、臭素水などによる液相酸ィ匕処理によりカーボ ンブラックの酸素含有量及び水素含有量を増加させてもよい。
[0046] 3)有機化合物
表面処理工程でカーボンブラックを表面処理するために、もしくはグラフト工程で力 一ボンブラックにグラフトイ匕するために使用する有機化合物は、遊離基を備えている 力または生成することができる有機化合物である。
[0047] 遊離基を生成することができる有機化合物において、遊離基を生成する条件は特 に制限がないが、本発明で使用される有機化合物の場合は、グラフト工程中には、 遊離基を有している状態となることが必要である。当該有機化合物は、少なくとも電 子移動により遊離基を生成可能な化合物、熱分解により遊離基を生成可能な化合物 、せん断力等により化合物の構造が断裂された結果、遊離基を生成可能な化合物が 好ましい。
[0048] 本発明で使用される遊離基を備えている力または生成することができる有機化合物 については、その分子量が 50以上であることが好ましぐ上限としては 1500以下で あることが好ま 、。このような分子量の範囲の有機化合物を採用することによって、 ある程度大きい分子量の有機化合物で表面を置換したカーボンブラックとすることが でき、形成された一次粒子の再凝集を抑制することができる。また、分子量として 150 0以下のものとすることにより、過度な表面改質とならず、表面にグラフト化された有機 化合物の特性が過度に発揮されることなぐカーボンブラック自体の保有する特性を 十分に発揮させることができる。 [0049] 上記表面処理工程とグラフト工程で使用される前記有機化合物は同一でも、異な つていても良いし、それぞれの工程に複数種の有機化合物を添加しても良い。反応 温度の制御やその他の条件を簡素化するために、表面処理工程とグラフト工程で使 用する有機化合物は同一であるほうが望ましい。
[0050] 前記有機化合物の例としては、フ ノール系化合物、アミン系化合物、リン酸エステ ル系化合物、チォエーテル系化合物のカーボンブラック表面の遊離基を捕捉するこ とができる有機化合物をあげることができる。
[0051] これらの有機化合物としては、いわゆる酸ィ匕防止剤、光安定剤が好ましい。さらに 好ましくは、ヒンダードフエノール、ヒンダードアミン系をあげることができる。また、リン 酸エステル系化合物、チオール系化合物、チォエーテル系化合物の酸化防止剤も 使用することができる。これらの有機化合物は複数組み合わせて使用してもよい。そ の組み合わせにより、表面処理の特性を種々発揮させることもできる。
[0052] また、これらの有機化合物は、反応を確実に制御するために、イソシァネート基を持 たないことが好ましい。すなわち、過度な反応性を有する有機化合物を使用した場合 には均一なグラフト化反応が形成されにくくなつてしまい、反応時間や有機化合物量 を多量に使用しなくてはならなくなる場合がある。この理由として明確ではないが、前 述の様な反応性の高い有機化合物を使用した場合には、表面活性点以外にも反応 が進行してしまい、本来の目的である機械的剪断力により形成された活性点への反 応が不十分となってしまうためと推定される。
前記有機化合物の具体例を以下に示す。
[0053] フ ノール系化合物
(有機化合物 1〜88)
(有機化合物 1)
CH3
HO— C- CH3
CH3
(有機化合物 2)
Figure imgf000015_0001
(有機化合物 3)
Figure imgf000015_0002
(有機化合物 4)
Figure imgf000015_0003
(有機化合物 5)
Figure imgf000015_0004
(有機化合物 6)
Figure imgf000015_0005
(有機化合物 7)
Figure imgf000015_0006
(有機化合物 8)
Figure imgf000015_0007
(有機化合物 9)
Figure imgf000016_0001
(有機化合物 11)
Figure imgf000016_0002
(有機化合物 14)
Figure imgf000016_0003
(有機化合物 15)
Figure imgf000017_0001
(有機化合物 16)
Figure imgf000017_0002
(有機化合物 17)
Figure imgf000017_0003
(有機化合物 18)
Figure imgf000017_0004
(有機化合物 19)
Figure imgf000017_0005
(有機化合物 20)
Figure imgf000017_0006
(有機化合物 21)
Figure imgf000018_0001
(有機化合物 22)
Figure imgf000018_0002
(有機化合物 23)
Figure imgf000018_0003
(有機化合物 24) ) 2
Figure imgf000018_0004
(有機化合物 25)
Figure imgf000018_0005
(有機化合物 26)
Figure imgf000018_0006
(有機化合物 27)
Figure imgf000019_0001
C(CH3)3 C(CH3)3 (有機化合物 29)
Figure imgf000019_0002
(有機化合物 30)
Figure imgf000019_0003
(有機化合物 31)
Figure imgf000019_0004
(有機化合物 33)
Figure imgf000020_0001
(有機化合物 34)
Figure imgf000020_0002
(有機化合物 35)
Figure imgf000020_0003
(有機化合物 37)
Figure imgf000020_0004
(有機化合物 38)
Figure imgf000020_0005
(有機化合物 39)
Figure imgf000020_0006
(有機化合物 40)
Figure imgf000021_0001
(有機化合物 42)
Figure imgf000021_0002
(有機化合物 44) 1948
Figure imgf000022_0001
(有機化合物 46)
HO^^^^O-CH3
(有機化合物 47)
Figure imgf000022_0002
(有機化合物 48)
Figure imgf000022_0003
(有機化合物 49)
Figure imgf000023_0001
(有機化合物 50)
Figure imgf000023_0002
(有機化合物 51) a OH
OH
(有機化合物 52)
Figure imgf000023_0003
(有機化合物 53)
Figure imgf000023_0004
(有機化合物 54)
Figure imgf000023_0005
(有機化合物 55)
Figure imgf000023_0006
(有機化合物 56)
Figure imgf000023_0007
7 (有機化合物 57)
Figure imgf000024_0001
(有機化合物 58)
Figure imgf000024_0002
(有機化合物 59)
Figure imgf000024_0003
(有機化合物 60)
Figure imgf000024_0004
(有機化合物 61)
Figure imgf000024_0005
(有機化合物 62)
Figure imgf000024_0006
(有機化合物 63)
Figure imgf000025_0001
R= C9H19
(有機化合物 64)
Figure imgf000025_0002
(有機化合物 65)
Figure imgf000025_0003
(有機化合物 66)
Figure imgf000025_0004
(有機化合物 67)
Figure imgf000025_0005
(有機化合物 68)
Figure imgf000025_0006
(有機化合物 69)
Figure imgf000025_0007
(有機化合物 70)
Figure imgf000025_0008
(有機化合物 71)
Figure imgf000026_0001
(有機化合物 72)
Figure imgf000026_0002
(有機化合物 73)
Figure imgf000026_0003
(有機化合物 74)
Figure imgf000026_0004
(有機化合物 75)
Figure imgf000026_0005
(有機化合物 76)
Figure imgf000026_0006
Figure imgf000026_0007
(有機化合物 78)
Figure imgf000027_0001
(有機化合物 79)
Figure imgf000027_0002
(有機化合物 81 )
CH
Figure imgf000027_0003
(有機化合物 82)
Figure imgf000027_0004
(有機化合物 83)
Figure imgf000027_0005
(有機化合物 84)
Figure imgf000028_0001
(有機化合物 85)
Figure imgf000028_0002
(有機化合物 86)
Figure imgf000028_0003
(有機化合物 87)
Figure imgf000028_0004
(有機化合物 88)
Figure imgf000028_0005
アミン系化合物
(有機化合物 89〜 144) (有機化合物 89)
Figure imgf000029_0001
(有機化合物 90)
Figure imgf000029_0002
(有機化合物 91)
Figure imgf000029_0003
(有機化合物 92)
Figure imgf000029_0004
(有機化合物 93)
Figure imgf000029_0005
R= C7H15 (有機化合物 94)
Figure imgf000029_0006
R= CSH17 (有機化合物 95)
Figure imgf000029_0007
R= C9H1 (有機化合物 96)
Figure imgf000029_0008
R= 10H21 (有機化合物 97)
Figure imgf000030_0001
(有機化合物 98)
Figure imgf000030_0002
(有機化合物 99)
Figure imgf000030_0003
(有機化合物 100)
Figure imgf000030_0004
(有機化合物 101)
Figure imgf000030_0005
(有機化合物 102)
Figure imgf000030_0006
(有機化合物 103)
Figure imgf000030_0007
(有機化合物 104)
Figure imgf000030_0008
(有機化合物 105)
Figure imgf000030_0009
(有機化合物 106)
Figure imgf000031_0001
R= C7H15
(有機化合物 107)
Figure imgf000031_0002
R= CSH17
(有機化合物 108)
(^^)— NH— (？ ^^^)— NHR
R= C9H19
(有機化合物 109)
Figure imgf000031_0003
(有機化合物 110)
Figure imgf000031_0004
(有機化合物 111)
Figure imgf000031_0005
(有機化合物 112)
Figure imgf000031_0006
(有機化合物 113)
Figure imgf000031_0007
(有機化合物 114) >i— N H-(CH2)3-NH
(有機化合物 115)
Figure imgf000032_0001
(有機化合物 116)
Figure imgf000032_0002
(有機化合物 117)
Figure imgf000032_0003
(有機化合物 118)
Figure imgf000032_0004
(有機化合物 119)
Figure imgf000032_0005
(有機化合物 120)
Figure imgf000032_0006
(有機化合物 121)
CH3 I
〇 〇 -N HCHゥ CHCH2〇CC = CH2
II
OH 〇
(有機化合物 122)
Figure imgf000032_0007
(有機化合物 123) CHOHCH3)2
Figure imgf000033_0001
(有機化合物 124)
CH3
Figure imgf000033_0002
(有機化合物 125)
Figure imgf000033_0003
(有機化合物 127)
Figure imgf000033_0004
(有機化合物 128)
Figure imgf000033_0005
(有機化合物 129)
Figure imgf000034_0001
(有機化合物 130)
Figure imgf000034_0002
(有機化合物 131)
Figure imgf000034_0003
(有機化合物 132)
Figure imgf000034_0004
(有機化合物 135)
Figure imgf000034_0005
(有機化合物 136)
Figure imgf000035_0001
(有機化合物 137)
Figure imgf000035_0002
(有機化合物 138)
Figure imgf000035_0003
(有機化合物 139)
Figure imgf000035_0004
(有機化合物 140)
Figure imgf000035_0005
(有機化合物 141) N \ N
、N
R= — NHC6H4NHC6H5
(有機化合物 C RI
142)
Figure imgf000036_0001
(有機化合物 143)
Figure imgf000036_0002
(有機化合物 144)
Figure imgf000036_0003
チオール系及びチォエーテル系化合物
(有機化合物 145〜153)
(有機化合物 145)
Figure imgf000036_0004
(有機化合物 146)
C-S-Zn-S-C (有機化合物 147)
Figure imgf000037_0001
(有機化合物 148)
Figure imgf000037_0002
(有機化合物 149)
Figure imgf000037_0003
(有機化合物 150)
Figure imgf000037_0004
(有機化合物 151)
Figure imgf000037_0005
(有機化合物 152)
CH CH 2 - COO - ^_Ί 2H -| 5 s
CH2— CH2- COO- C12H15
(有機化合物 153)
CH 2-C H 2-C OO - SH 37
S
CH2-CH2-COO-C1sH37 リン酸エステル系化合物 (有機化合物 154 160) (有機化合物 154)
Figure imgf000037_0006
(有機化合物 155)
Figure imgf000038_0001
(有機化合物 156)
Figure imgf000038_0002
(有機化合物 157)
Figure imgf000038_0003
(有機化合物 158)
Figure imgf000038_0004
(有機化合物 159)
Figure imgf000038_0005
(有機化合物 160)
Figure imgf000038_0006
フエノール系有機化合物 (有機化合物 161)
Figure imgf000039_0001
発明を実施するための最良の形態
[0054] つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
(カーボンブラックの製造）
(カーボンブラック # 1)
カーボンブラック (N220、三菱ィ匕学株式会社製:フ レ径の個数平均粒径 = 210η m)と同カーボンブラックに対して 100重量部に対して有機化合物 48 (分子量 = 741 、融点 = 125°C) 50重量部を添加し、二軸押し出し機に投入した。この二軸押し出し 機は、 2本のスクリューにて混合するもので、 PCM— 30 (池貝製作所製)を使用した 。連続式に混練できる構成とはせず、出口を密閉し 2本のスクリューにて攪拌すること ができるように改造したものである。両者を充満度が 94%となるように装置内に投入 後、第一温度 (Tpl) 160°C (融点 + 35°C)に加熱した状態で、攪拌を行った。
[0055] 攪拌条件において、第一攪拌速度 (Svl)は、スクリュー回転を毎分 30回転として、 第一処理時間 (T1)として 10分間設定し、攪拌処理を実施した。攪拌処理後、サン プリングをし、ソックスレー抽出にてグラフトイ匕の状態を確認すると、約 30%のグラフト 化率であることがわ力つた。すなわち、カーボンブラック表面にグラフトイ匕が進行して V、る状態となって 、ることが確認された。
[0056] つ ヽで、混合装置の攪拌条件として第二攪拌速度 (Sv2)をスクリューの回転数で 毎分 50回転とし、第二温度 (Tp2)を 180°C (融点 + 55°C)とし、より機械的剪断力が 高い条件へ変更し、第二処理時間 (T2)を 60分間とし処理を行った。その後、冷却し 、処理されたカーボンブラックを取り出した。そのカーブンブラックの表面には前記有 機化合物が 91%のグラフトイ匕率でグラフトイ匕されていた。また、一次粒子が 65個数 %存在していた。また、カーボンブラックのフェレ径の個数平均粒径は 42nmであつ た。このカーボンブラックを「カーボンブラック # 1」とする。
[0057] (カーボンブラック # 2〜# 4) カーボンブラック # 1において、製造条件を、表 1及び表 2に示す通りとした以外は 同様にしてカーボンブラック # 2〜 # 4を得た。
[0058] (カーボンブラック # 5)
カーボンブラック (N220、三菱ィ匕学株式会社製） 100重量部と、同カーボンブラック に対して有機化合物 47 (分子量 = 784、融点 = 221°C) 80重量部を充満度が 94% となるように、実施例 1で使用したバッチ式二軸押し出し機に投入した。ついで、 240 °C (融点 + 19°C) (Tpl)に加熱した状態で、攪拌を行った。攪拌は、攪拌速度 (Svl )をスクリュー回転で毎分 35回転とし、 15分間 (T1)攪拌処理を実施した。攪拌処理 後、サンプリングをし、ソックスレー抽出にてグラフトイ匕の状態を確認すると、約 32% のグラフトイ匕率であることがわ力つた。すなわち、表面にグラフトイ匕が進行している状 態となつていることが確認された。ついで、攪拌条件として、攪拌速度 (Sv2)をスクリ ユーの回転数で毎分 55回転とし、加熱温度 (第二温度 Tp2)を 270°C (融点 +49°C) とし、より機械的剪断力が高い条件へ変更し、処理時間 (T2)として 70分間、処理を 行った。その後、冷却し、処理されたカーボンブラックを取り出した。表面には前記有 機化合物が 72%のグラフトイ匕率でグラフト化されていた。また、一次粒子が 53個数 %存在していた。また、フェレ径の個数平均粒径は 48nmであった。このカーボンブ ラックを「カーボンブラック # 5」とする。
[0059] (カーボンブラック # 6〜# 9)
カーボンブラック # 1において、製造条件を、表 1及び表 2に示す通りとした以外は 同様にしてカーボンブラック # 6〜 # 9を得た。
[0060] (カーボンブラック # 10)
カーボンブラック # 1において、カーボンブラック (N220、三菱化学株式会社製)の 代わりに Ravenl035 (コロンビア化学工業社製）とし、その他の条件を、表 1及び表 2 に示す通りとした以外は同様にしてカーボンブラック # 10を得た。
[0061] (カーボンブラック # 11)
カーボンブラック # 5において、カーボンブラック（N220、三菱化学株式会社製）の 代わりに Ravenl035 (コロンビア化学工業社製）とし、その他の条件を、表 1及び表 2 に示す通りとした以外は同様にしてカーボンブラック # 11を得た。 [0062] (カーボンブラック # 12〜# 13)
カーボンブラック # 1において、製造条件を表 1及び表 2に示す通りとした以外は同 様にしてカーボンブラック # 12〜 # 13を得た。
[0063] (カーボンブラック # 14)
表面処理及びグラフト工程を受けて ヽな 、カーボンブラック (N220、三菱化学株式 会社製)をカーボンブラック # 14とする。
[0064] (カーボンブラック # 15)
カーボンブラック # 1において、第一処理時間 (T1) 1分経過後、試料を取り出した 。このものをカーボンブラック # 15とする。
[0065] (カーボンブラック # 16)
カーボンブラック # 1において、有機化合物を、遊離基が発生しないステアリン酸（ 分子量 = 284、融点 = 70°C) (比較化合物 1)に変更した以外は、同様に処理した。 このものをカーボンブラック # 16とする。
[0066] (カーボンブラック # 17)
カーボンブラック 16において、カーボンブラックをフェレ径の個数平均粒径が 500 mのカーボンブラックに、変更した以外は、同様に処理した。
[0067] この処理したカーボンブラック 155質量部を 100質量部のカーボンブラック 1に、混 合して、フ レ径の個数平均径が 320 m、一次粒子の個数割合 26%のカーボンブ ラックを作成した。このものをカーボンブラック 17とする。
各カーボンブラック # 1〜 # 17におけるカーボンブラックのフェレ径の個数平均粒 径、一次粒子の個数割合を表 3に示した。
[0068] [表 1] 有機 i t合物 第一攪拌
カ- 'ン /皿 有機化合物 第一処理 グラフト 充 度 速度
プラック 融点 添加量 Τρ1 融点との差 時間 (分） 化半 番号 十 m 転数/分）
(°C) (°C) (回
(部） (°C) T1
Sv1
1 48 125 741 50 160 +35 94 30 10 30
2 48 125 741 50 150 +25 98 30 10 25
3 48 125 741 50 150 +25 98 30 10 25
4 48 125 741 50 150 +25 98 40 10 40
5 47 221 784 80 240 +19 94 35 15 32
6 88 186 545 50 216 +30 98 35 15 35
7 115 84 481 50 104 +20 97 30 5 32
8 127 195 659 50 215 +20 98 35 5 36
9 128 132 791 50 145 +13 91 30 5 26
10 48 125 741 50 150 +25 94 30 10 33
11 47 221 784 80 1 +10 98 30 10 35
12 48 125 741 50 160 +35 94 30 10 30
13 48 125 741 50 150 +25 98 30 5 15
14 ' し ― ― ― - ― ― ― ―
15 48 125 741 50 150 +25 94 30 1 2 比較
16 70 284 50 05 +35 94 30 10 0 化合物 1
比較
17 70 284 50 105 +35 94 30 10 0 化合物 1 2]
カーボン /鳳': ¾ 有機化合物 第二攪拌速度
処理時間 ブラック 条件 融点との差 (回転数/分） グフント 。， (分)丁 2
(°C)Tp2 (。c) Sv2
1 180 +55 50 60 91
2 190 +65 55 60 93
3 220 +95 60 60 95
4 220 +65 65 60 97
5 270 +49 55 70 72
6 266 +80 60 70 83
7 174 +90 55 40 93
8 265 +70 50 60 94
9 210 +78 50 40 91
10 190 +65 60 40 94
11 250 +29 55 40 90
12 180 +55 50 40 65
13 190 +65 55 10 35
14 ― ― ― ―
15 ― ― ― 2
16 125 +55 50 30 0
17 125 +55 50 30 0 3]
力一ボン 力一ボンブラックの 力一ボンブラックの カーボンブラックの
ブラック フェレ径の —次粒子の —次粒子のフェレ径の
個数平均粒径 (nm) 個数割合（％) 平均粒径（rim)
1 42 65 25
7
2 40 25
3 39 89 25
4 28 98 25
5 48 53 28
6 47 87 28
7 41 89 28
8 29 97 28
9 36 77 28
10 32 87
11 33 83 28
12 80 35 25
13 180 7 25
14 210 0 ―
15 210 1 測定できず
16 210 0
17 320 15 25
[0071] (第 1実施形態：図 4)
本実施形態に係る現像ローラ 110は、図 4に示す通り、軸体 111と、ベースゴム層 1 12と、中間層 113と、表層 114とを有する。軸体 111は、導電性を有するものであれ ばその材料は特に限定されるものではなぐ金属製の中実体からなる芯金や、内部 を中空にくり抜いた金属製の円筒体が用いられる。上記軸体の材料としては、アルミ ユウム、ステンレス等が挙げられる。
[0072] ベースゴム層 112は、導電性に優れ低硬度であることが望まれ、その層厚が 0. 5〜
10mmであり、その体積抵抗は 1 X 103〜1 X 10? Ω 'cmであることが望まれる。ベー スゴム層 112の形成材料としては、スチレン一ブタジエンゴム（SBR)、アクリロニトリル ブタジエンゴム（NBR)、天然ゴム（NR)、シリコーンゴム、ポリウレタン系エラストマ 一、エチレン一プロピレン一ジェンゴム（EPDM)等があげられる。これらゴム成分に 上述のフェレ径の個数平均粒径が 5〜300nmであり且つ一次粒子が個数基準で 5 %以上であるカーボンブラックを配合したものである。
[0073] 中間層 113は、ベースゴム層 112の部位部位の導電率のムラを抑えるために設け られた層であり、その層厚が 5〜： L000 μ mであり、その体積抵抗は 1 X 104〜1 X 10 6 Ω 'cmであることが望まれる。中間層 113の形成材料としては、特に限定されるもの ではなぐアクリロニトリル—ブタジエンゴム（NBR)、水素化添加アクリロニトリル—ブ タジェンゴム（H— NBR)、ポリウレタン系エラストマ一、クロロプレンゴム（CR)、天然 ゴム、ブタジエンゴム（BR)、ブチルゴム（IIR)、ヒドリンゴム、ナイロン等にカーボンブ ラック、グラフアイト、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化スズ等の導電剤を配合し たものが用いられる。
[0074] また、表層 114は、トナーを機械的に保持し搬送する役割を有するため適度の表面 粗さが求められ、またトナーの電荷を保持するために適度な絶縁性も要求される。更 に、トナー層厚規制部材との接触を受けることから耐摩擦性も要求される。表層 114 は、その層厚が 5〜： LOOO μ mであり、その体積抵抗は 1 X 105〜1 X 109 Ω 'cmであ ることが好ましぐその形成材料としては、シリコーングラフトアクリルポリマー、シリコー ン変性ポリウレタン等にカーボンブラック、グラフアイト、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化チタ ン、酸化スズ等の導電剤や荷電制御剤などを配合したものが用いられる。
[0075] (第 2実施形態：図 5)
図 5に示す第 2実施形態の現像ローラ 120は、第 1実施形態の現像ローラ 110と比 較して、中間層が省かれている点で異なる。第 2実施形態の現像ローラ 120では、ベ ースゴム層 122の導電剤として上述のフェレ径の個数平均粒径が 5〜300nmであり 且つ一次粒子が個数基準で 5%以上であるカーボンブラックを使用しており、従来の 構成に比べてベースゴム層の導電性ムラが小さぐ従って中間層を省く構成としても 、現像されるトナー像における濃度ムラは許容範囲内に抑えることができる。
[0076] (第 3実施形態：図 6)
本実施形態の現像ローラ 130は、第 1実施形態の現像ローラ 110と比較して、導電 剤として使用されるフェレ径の個数平均粒径が 5〜300nmであり且つ一次粒子が個 数基準で 5%以上であるカーボンブラックがベースゴム層ではなぐ中間層に用いら れている点が異なる。即ち、ベースゴム層 132には導電剤として一般的なカーボンブ ラック、グラフアイト、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化スズ等が配合されており、 中間層 133に導電剤として使用されるフェレ径の個数平均粒径が 5〜300nmであり 且つ一次粒子が個数基準で 5%以上であるカーボンブラックが分散されている。
[0077] (第 4実施形態：図 7)
本実施形態の現像ローラ 140は、第 1実施形態の現像ローラ 110と比較して、導電 剤として使用されるフェレ径の個数平均粒径が 5〜300nmであり且つ一次粒子が個 数基準で 5%以上であるカーボンブラックがベースゴム層ではなぐ表層に用いられ ている点が異なる。即ち、ベースゴム層 142には導電剤として一般的なカーボンブラ ック、グラフアイト、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化スズ等が配合されており、表 層 144に導電剤として使用されるフェレ径の個数平均粒径が 5〜300nmであり且つ 一次粒子が個数基準で 5%以上であるカーボンブラックが分散されている。
[0078] 上記各実施形態の具体的実施例及び比較例について説明する。
(実施例 1 1)
実施例 1—1の現像ローラとして、上述の第 1実施形態の現像ローラ 1を以下の製造 工程を経て得た。
まず、軸体 111として外径が 10mmの SUS304力もなる芯金を用意した。 ベースゴム層 112として、シリコーンゴム 100質量部に導電剤としての上述のカーボ ンブラック # 1を 10質量部、さらに導電剤である酸化スズを 5質量部を添加し、二軸 押し出し機 PCM— 30 (株式会社池貝製)を用いて混練してコンパゥンド状の配合ゴ ム材料を得、この配合ゴム材料を芯金外周面に共押出しし、 5mmの層厚の層を形成 した。得られたベースゴム層は、その体積抵抗値が 1 X 105 Ω 'cmであった。
[0079] また、中間層 113として、水素化添加アクリロニトリル一ブタジエンゴム（H— NBR) 100質量部に対して、導電剤としての酸化亜鉛を 5質量部、加硫促進剤 BZを 3質量 部、加硫剤としての硫黄を 1質量部及びメチルァチルケトン 100質量部添加し、ボー ルミルを用いて分散し、中間層用のコーティング液を調整し、このコーティング液をべ ースゴム層の外周面に塗工し、 80°Cの温度条件下にお!/、て乾燥及び加熱処理を行 うことにより、層厚 20 mの中間層を形成した。得られた中間層 113は、その体積抵 抗値が 1 X 107 Ω 'cmであった。
[0080] また、表面層 114として、シリコーングラフトアクリルポリマー 100質量部に対して酸 化亜鉛 10質量部添カ卩し、 2本ロールにて溶融混合した組成物をクロスロールにて中 間層上に塗布し、層厚 40 mの表面層 114を形成した。その体積抵抗値は 1 X 106
Ω 'cmであった。
[0081] (実施例 1 2〜 1 12及び比較例 1 1〜 1 5)
上記実施例 1—1のベースゴム層 112について、導電剤としてカーボンブラック # 1 に代え、カーボンブラック # 2〜 # 17を使用した以外は実施例 1— 1と同じ製法、材 料を用いた。カーボンブラック # 2から # 12までは実施例 1—2〜1— 12、カーボンブ ラック # 13から # 17までは比較例 1— 1〜 1— 5である。
[0082] (実施例 2— 1〜 2— 12及び比較例 2— 1〜 2— 5)
上記第 2実施形態の現像ローラ 120を製造するにあたり、表層 124を中間層を介さ ずに直接ベースゴム層 122の外周面に形成する以外は上記の実施例 1 1〜1 1
2、比較例 1—1〜1— 5における製造方法と同じ製法を採用し、実施例 2— 1〜2— 1
2及び比較例 2— 1〜2— 5の現像ローラ 120を得た。
[0083] (実施例 3— 1)
上述の第 3実施形態の現像ローラ 130を製造するにあたり、上記の実施例 1—1に おける製造方法にてベースゴム層に使用したカーボンブラック # 1の代わりに酸化ス ズを使用し、中間層を形成する導電剤である酸ィ匕亜鉛の代わりにカーボンブラック #
1を使用したほかは上記実施例 1 1と同じ製法を採用した。
[0084] (実施例 3— 2〜3— 12及び比較例 1 1〜 1 5)
上記実施例 3—1の中間層 133について、導電剤としてカーボンブラック # 1に代え
、カーボンブラック # 2〜 # 17を使用した以外は実施例 3— 1と同じ製法、材料を用 いた。カーボンブラック # 2から # 12までは実施例 3— 2〜3— 12、カーボンブラック
# 13〜 # 17までは比較例3—1〜4— 5でぁる。
[0085] (実施例 4 1)
上記第 4実施形態の現像ローラ 140を製造するにあたり、上記の実施例 1 1にお ける製造方法にてベースゴム層に使用したカーボンブラックの代わりに酸化スズを使 用し、表面層を形成する導電剤である酸ィ匕亜鉛の代わりにカーボンブラック # 1を使 用したほかは上記実施例 1 1と同じ製法を採用した。
[0086] (実施例 4 2〜4 12及び比較例 4 1〜4 5)
上記実施例 4—1の表層 144について、導電剤としてカーボンブラック # 1に代え、 カーボンブラック # 2〜 # 17を使用した以外は実施例 1 1と同じ製法、材料を用 ヽ
、実施例 4 2〜4 12及び比較例 4 1〜4 5の現像ローラ 140とした。
[0087] (比較例 5)
実施例 1—1の現像ローラ 110のベースゴム層 112に代えて、実施例 2— 1のべ一 スゴム層 122を適用した以外は実施例 1― 1と同じ製法により現像ローラを得た。これ を比較例 5の現像ローラとする。
[0088] (比較例 6)
実施例 2—1の現像ローラ 120のベースゴム層 122に代えて、実施例 3—1のべ一 スゴム層 132を適用した以外は実施例 2— 1と同じ製法により現像ローラを得た。これ を比較例 6の現像ローラとする。
[0089] (評価）
上記のようにして得られた実施例 1—1〜1— 12, 2— 1〜2— 12, 3— 1〜3— 12, 4 1〜4 12、及び比較例 1 1〜1 5、 2— 1〜2— 5、 3— 1〜3— 5、 4 1〜4 5、 5、 6の現像ローラの各々を、モノクロプリンタ（LP— 1380 :コ-カミノルタビジネ ステクノロジーズ社製）に適用し、低温低湿環境（10度 ZlO%RH)にて 1枚間欠モ ードにて画素室 5%にて 5, 000枚インジし、その後、斤量 45gの薄紙普通紙上にモ ノクロベタ画像をプリントして、サクラ濃度計 PDA— 65 (コ-力株式会社製)を用いて 、任意の 10点について透過濃度光量を測定した。その際、紙の透過濃度を「0」とし た相対透過濃度を求めた。紙自体の透過濃度は任意の 10箇所を測定した平均値を 用いた。その結果を表 4に示す。
[0090] [表 4] 実施例番号 透過濃度
最大値 最小値 最大値と最小値の差 実施例 1-1 1.83 1.78 0.05
実施例 1-2 1.82 1.78 0.04
実施例 1-3 1.82 1.79 0.03
実施例 1-4 1.84 1.82 0.02
実施例 1-5 1.80 1.74 0.06
実施例 1-6 1.82 1.79 0.03
実施例 1-7 1.83 1.80 0.03
実施例 1-8 1.84 1.83 0.01
実施例 1-9 1.81 1.77 0.04
実施例 1-10 1.82 1.79 0.03
実施例 1-1 1 1.81 1.79 0.02
実施例 1-12 1.80 1.76 0.04
比較例 1-1 1.81 1.69 0.12
比較例 1-2 1.79 1.66 0.13
比較例 1-3 1.77 1.60 0.17
比較例 1-4 1.79 1.62 0.17
比較例 1-5 1.79 1.67 0.12
実施例 2-1 1.82 1.77 0.05
実施例 2-2 1.81 1.77 0.04
実施例 2-3 1.81 1.78 0.03
実施例 2-4 1.83 1.81 0.02
実施例 2-5 1.80 1.73 0.07
実施例 2-6 1.81 1.78 0.03
実施例 2-7 1.82 1.79 0.03
実施例 2-8 1.83 1.81 0.02
実施例 2-9 1.82 1.78 0.04
実施例 2- 10 1.81 1.78 0.03
実施例 2- 1 1 1.82 1.79 0.03
実施例 2- 12 1.79 1.74 0.05
比較例 2-1 1.80 1.68 0.12
比較例 2-2 1.78 1.65 0.13
比較例 2-3 1.76 1.59 0.17
比較例 2-4 1.78 1.63 0.15
比較例 2-5 1.79 1.67 0.12 表 4つづさ 実施例番号 透過濃度
最大値 最小値 最大値と最小値の差
実施例 3-1 1.81 1.76 0.05
実施例 3-2 1.80 1.76 0.04
実施例 3-3 1.80 1.77 0.03
実施例 3-4 1.83 1.81 0.02
実施例 3-5 1.81 1.74 0.07
実施例 3-6 1.82 1.79 0.03
実施例 3-7 1.82 1.78 0.04
実施例 3-8 1.83 1.81 0.02
実施例 3-9 1.82 1.78 0.04
実施例 3- 10 1.81 1.78 0.03
実施例 3-1 1 1.82 1.79 0.03
実施例 3- 12 1.79 1.74 0.05
比較例 3-1 1.80 1.68 0.12
比較例 3-2 1.78 1.65 0.13
比較例 3-3 1.76 1.59 0.17
比較例 3-4 1.78 1.63 0.15
比較例 3-5 1.78 1.66 0.12
実施例 4-1 1.83 1.78 0.05
実施例 4-2 1.82 1.78 0.04
実施例 4-3 1.82 1.79 0.03
実施例 4-4 1.84 1.82 0.02
実施例 4-5 1.80 1.74 0.06
実施例 4-6 1.82 1.79 0.03
実施例 4-7 1.83 1.80 0.03
実施例 4-8 1.84 1.83 0.01
実施例 4-9 1.81 1.77 0.04
実施例 4- 10 1.82 1.79 0.03
実施例 4- 1 1 1.81 1.79 0.02
実施例 4- 12 1.80 1.76 0.04
比較例 4-1 1.81 1.69 0.12
比較例 4-2 1.79 1.66 0.13
比較例 4-3 1.77 1.60 0.17
比較例 4-4 1.79 1.62 0.17
比較例 4-5 1.79 1.67 0.12
比較例 5 1.78 1.60 0.18
比較例 6 1.77 1.58 0.19 表 4から理解される通り、本発明に係る実施例の現像ローラを用いて画像形成を行 つた場合、比較例の現像ローラを用いて画像形成を行った場合に比べて、ベタ画像 における濃度ムラが低減しており、画質の向上が確認された。
図面の簡単な説明 [0092] [図 1]二次粒子と基本粒子の関係を説明する図である。
[図 2]二次粒子を構成する基本粒子が二次粒子カゝら分離されて安定して存在してい る状態を指す図である。
[図 3]本発明で用いられるフ レ径を説明する図である。
[図 4]本発明の第 1実施形態の現像ローラの構成を示す断面図である。
[図 5]本発明の第 2実施形態の現像ローラの構成を示す断面図である。
[図 6]本発明の第 3実施形態の現像ローラの構成を示す断面図である。
[図 7]本発明の第 4実施形態の現像ローラの構成を示す断面図である。
[図 8]—般的な電子写真プロセスにおける現像工程を説明する図である。
[図 9]従来の現像ローラの構成を示す断面図である。
[図 10]従来のカーボンブラックの凝集体 (ストラクチャ）を示す図である。
符号の説明
[0093] 110, 120, 130, 140 :現像ローラ
111, 121, 131, 141 :軸体
112, 122, 132, 142 :ベースゴム層
113, 133, 143 :中間層
114, 124, 134, 144 :表層

Claims

請求の範囲
[1] 支持軸と、
当該支持軸の周面に形成された少なくとも一層の榭脂層と、を有し、
前記榭脂層は、その基体榭脂材料中に、フェレ径の個数平均粒径が 5〜300nm であり且つ一次粒子が個数基準で 5%以上であるカーボンブラックが分散されている ことを特徴とする現像ローラ。
[2] 前記榭脂層は複数の榭脂層を含み、これら複数の榭脂層のうち、少なくとも一つの 榭脂層に前記カーボンブラックが分散されて ヽることを特徴とする請求項 1記載の現 像ローラ。
[3] 前記複数の榭脂層は、前記支持軸上に形成されたベースゴム層と、当該ベースゴ ム層より外周側に設けられた表層と、を有することを特徴とする請求項 2記載の現像 ローラ。
[4] 前記ベースゴム層に前記カーボンブラックが分散されて 、ることを特徴とする請求 項 3記載の現像ローラ。
[5] 前記表層に前記カーボンブラックが分散されて 、ることを特徴とする請求項 3記載 の現像ローラ。
[6] 前記ベースゴム層と前記表層との間に中間層が設けられて 、ることを特徴とする請 求項 3記載の現像ローラ。
[7] 前記中間層に前記カーボンブラックが分散されていることを特徴とする請求項 6記 載の現像ローラ。
[8] 前記カーボンブラックの表面が有機化合物で表面処理されて 、ることを特徴とする 請求項 1から請求項 7の何れかに記載の現像ローラ。
[9] 前記有機化合物が、少なくともフ ノール系化合物及びまたはアミン系化合物を含 むことを特徴とする請求項 8記載の現像ローラ。
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