WO2012020534A1 - 帯電部材、その製造方法、プロセスカートリッジ及び電子写真装置 - Google Patents

帯電部材、その製造方法、プロセスカートリッジ及び電子写真装置 Download PDF

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WO2012020534A1
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charging member
titanium oxide
surface layer
layer
oxide particles
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PCT/JP2011/003744
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典子 長嶺
黒田 紀明
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キヤノン株式会社
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03GELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G15/00Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
    • G03G15/02Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for laying down a uniform charge, e.g. for sensitising; Corona discharge devices
    • G03G15/0208Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for laying down a uniform charge, e.g. for sensitising; Corona discharge devices by contact, friction or induction, e.g. liquid charging apparatus
    • G03G15/0216Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for laying down a uniform charge, e.g. for sensitising; Corona discharge devices by contact, friction or induction, e.g. liquid charging apparatus by bringing a charging member into contact with the member to be charged, e.g. roller, brush chargers
    • G03G15/0233Structure, details of the charging member, e.g. chemical composition, surface properties
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03G15/02Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for laying down a uniform charge, e.g. for sensitising; Corona discharge devices
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    • Y10T428/31652Of asbestos
    • Y10T428/31663As siloxane, silicone or silane

Definitions

  • the present invention relates to a charging member and a process cartridge used for an electrophotographic apparatus.
  • a charging member for charging the surface of the electrophotographic photosensitive member from the viewpoint of sufficiently securing a contact nip between the electrophotographic photosensitive member and the charging member, a supporting member, and an elastic layer provided on the supporting member ( A conductive elastic layer) and a surface layer provided on the elastic layer are generally used.
  • Patent Document 1 discloses a surface layer in which a metal oxide such as zirconium oxide or titanium oxide or a composite oxide such as barium titanate is dispersed in a binder as a charging member capable of preventing the occurrence of poor charging in a low temperature and low humidity environment.
  • Patent Document 2 discloses a surface containing polysiloxane having a fluorinated alkyl group and an oxyalkylene group as a charging member that can suppress the adhesion of dirt to the surface of the charging member and maintain stable charging performance for a long period of time.
  • a charging member comprising a layer. As described above, various functions such as improvement of charging performance of the charging member and improvement of surface characteristics are carried on the surface layer of the charging member.
  • electrophotographic apparatuses in recent years are used in various environments, there is a demand for a charging member that stably exhibits high charging performance from a high temperature and high humidity environment to a low temperature and low humidity environment.
  • the dielectric constant of titanium oxide contained in the surface layer according to Patent Document 1 is about 100, which is higher than that of silicon dioxide (about 4.0). Therefore, in order to obtain a surface layer having a high relative dielectric constant, it seemed preferable to contain titanium oxide particles.
  • the titanium oxide particles are physically highly dispersed in the coating agent (coating liquid) used to form the surface layer. It is necessary to let The preparation of such a coating agent is costly, and the obtained coating agent is not suitable for long-term storage.
  • the titanium oxide particles can be uniformly dispersed in the surface layer, since the fixing in the surface layer with the binder is not necessarily sufficient, the titanium oxide particles are likely to fall off the surface layer after long-term use. There was a problem.
  • an object of the present invention is to provide a charging member capable of maintaining high charging performance over a long period of time by providing a surface layer having a high relative dielectric constant and a small surface free energy, and a method for manufacturing the same. It is in.
  • Another object of the present invention is to provide a process cartridge and an electrophotographic apparatus capable of forming a high-quality electrophotographic image over a long period of time.
  • the charging agent characterized by forming a surface layer by applying a coating agent containing a reaction product with particles onto the elastic layer and then curing the coating agent by irradiating an activation energy ray. Manufacturing method of member.
  • An electrophotographic apparatus comprising: an electrophotographic photosensitive member; and the charging member according to [1] disposed in contact with the electrophotographic photosensitive member.
  • Process cartridge characterized by.
  • titanium oxide having a high relative dielectric constant is firmly held in the surface layer as a reaction product (cured product) with the hydrolyzable silane compound, so that the high relative dielectric constant is maintained for a long time. Can be maintained over time. Further, since this surface layer has a small surface free energy, it is possible to suppress adhesion of dirt components.
  • the process cartridge and the electrophotographic apparatus provided with this charging member are effective for increasing the printing speed and extending the life of the electrophotographic apparatus.
  • a support 101, a conductive elastic layer 102, and a surface layer 103 are laminated in this order.
  • one or more other layers may be provided between the support and the conductive elastic layer or between the conductive elastic layer and the surface layer.
  • a metallic (alloy) support formed of iron, copper, stainless steel, aluminum, aluminum alloy, or nickel can be used.
  • the conductive elastic layer As the conductive elastic layer, one type or two or more types of elastic bodies such as rubber and thermoplastic elastomer used in the conventional elastic layer (conductive elastic layer) of the charging member can be used.
  • Urethane rubber silicone rubber, butadiene rubber, isoprene rubber, chloroprene rubber, styrene-butadiene rubber, ethylene-propylene rubber, polynorbornene rubber, styrene-butadiene-styrene rubber, acrylonitrile rubber, epichlorohydrin rubber and alkyl ether rubber.
  • thermoplastic elastomer examples include styrene elastomers and olefin elastomers.
  • styrene elastomers As a commercial item of a styrene-type elastomer, the brand name "Lavalon” by Mitsubishi Chemical Corporation, the brand name “Septon Compound” by Kuraray Co., Ltd., etc. are mentioned, for example.
  • commercially available olefin elastomers include, for example, the trade name “Thermo Run” manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, the trade name “Milastomer” manufactured by Mitsui Chemicals, Inc., and the product name “Sumitomo TPE” manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd. ", The product name” Santoprene "manufactured by Advanced Elastomer Systems.
  • the elastic layer is configured to have a predetermined conductivity by including a conductive agent.
  • the electric resistance value of the elastic layer is preferably 10 2 ⁇ to 10 8 ⁇ , particularly preferably 10 3 ⁇ to 10 6 ⁇ .
  • the conductive agent used in the elastic layer include a cationic surfactant, an anionic surfactant, an antistatic agent, and an electrolyte.
  • cationic surfactants include the following. Quaternary ammonium salts (quaternary ammonium salts such as lauryltrimethylammonium, stearyltrimethylammonium, octadodecyltrimethylammonium, dodecyltrimethylammonium, hexadecyltrimethylammonium and modified fatty acid dimethylethylammonium), perchlorate, chloric acid Salts, borofluoride, ethosulphate and halogenated benzyl salts (such as benzyl bromide and benzyl chloride).
  • Quaternary ammonium salts such as lauryltrimethylammonium, stearyltrimethylammonium, octadodecyltrimethylammonium, dodecyltrimethylammonium, hexadecyltrimethylammonium and modified fatty acid dimethylethylammonium
  • perchlorate chloric acid Salts
  • anionic surfactant examples include aliphatic sulfonate, higher alcohol sulfate ester salt, higher alcohol ethylene oxide addition sulfate ester salt, higher alcohol phosphate ester salt and higher alcohol ethylene oxide addition phosphate ester salt.
  • antistatic agent examples include nonionic antistatic agents such as higher alcohol ethylene oxide, polyethylene glycol fatty acid ester and polyhydric alcohol fatty acid ester.
  • electrolyte examples include salts (such as quaternary ammonium salts) of metals (Li, Na, K, etc.) belonging to Group 1 of the periodic table.
  • metal salt of Group 1 of the periodic table include LiCF 3 SO 3 , NaClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , NaSCN, KSCN, and NaCl.
  • a salt of a group 2 metal (Ca, Ba, etc.) of the periodic table (Ca (ClO 4 ) 2 etc.) or an antistatic agent derived therefrom can be used.
  • complexes thereof with polyhydric alcohols (1,4-butanediol, ethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, polyethylene glycol, etc.) or derivatives thereof, and monools (ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether) Etc.) can be used.
  • carbon-based materials such as conductive carbon black and graphite
  • metal oxides such as tin oxide, titanium oxide, and zinc oxide
  • metals such as nickel, copper, silver, and germanium
  • the hardness of the conductive elastic layer is 60 degrees or more and 85 degrees or less in MD-1, particularly from the viewpoint of suppressing the deformation of the charging member when the charging member and the electrophotographic photosensitive member as the member to be charged are brought into contact with each other. Is more preferably 70 degrees or more and 80 degrees or less. Further, in order to uniformly contact the photoconductor in the width direction, it is preferable to have a so-called crown shape in which the layer thickness at the center in the width direction is thicker than the layer thickness at the end.
  • the surface layer of the charging member is formed by a cured product layer of a coating agent containing a reaction product of a hydrolyzable silane compound and titanium oxide particles having a hydroxyl group content of 0.7% by mass to 35% by mass on the surface.
  • the amount of the hydroxyl group within the above range, the titanium oxide particles and the hydrolyzable silane compound can be sufficiently bonded. As a result, separation or precipitation of titanium oxide fine particles in the coating agent for forming the surface layer is unlikely to occur. Moreover, the surface free energy of the surface layer obtained can be reduced more reliably. Note that when the amount of hydroxyl group exceeds 35% by mass, that is, the Ti—O—Ti bond is decreased, the crystal structure of titanium oxide is not retained, and the effect of increasing the relative dielectric constant is small.
  • Hydroxyl groups can be introduced onto the surface of the titanium oxide fine particles by subjecting the titanium oxide fine particles to alkali treatment and acid treatment, or acid treatment.
  • the particle diameter of the titanium oxide fine particles subjected to the surface treatment it is 0.050 ⁇ m to 0.600 ⁇ m.
  • titanium oxide fine particles are shown below.
  • T-1 MT-150A (Taika Corporation), (T-2) MT-500B (Taika Corporation), (T-3) MT-600B (Taika Corporation), (T-4) TTO-55N (Ishihara Sangyo Co., Ltd.), (T-5) TTO-51N (Ishihara Sangyo Co., Ltd.), (T-6) STR-60N (Sakai Chemical Industry Co., Ltd.) (T-7) STR-100N (Sakai Chemical Industry Co., Ltd.).
  • an alkaline aqueous solution such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, or aqueous ammonia is preferable.
  • the concentration of the liquid used is preferably 0.005 mol / L or more, and more preferably 0.01 mol / L or more and 1.00 mol / L or less.
  • the alkaline aqueous solution is added to such an extent that the titanium oxide fine particles are sufficiently immersed, and dispersed by stirring.
  • the treatment time is preferably 1 hour or longer. After alkali treatment, wash with water.
  • the reagent used for the acid treatment is preferably selected from acidic aqueous solutions such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, and acetic acid.
  • concentration of the liquid used is desirably 0.01 mol / L or more, and more desirably 0.1 mol / L or more and 3 mol / L or less.
  • An acid aqueous solution is added to such an extent that the titanium oxide fine particles or the titanium oxide fine particles subjected to alkali treatment are sufficiently immersed, and dispersed by stirring.
  • it is preferable to heat using a water bath, an oil bath or the like, and it is more preferable to set the temperature to 40 ° C. or more and 100 ° C. or less.
  • the treatment time is preferably 1 hour or longer, and washed with water after the treatment.
  • the acid treatment and water washing are preferably performed a plurality of times, and more preferably 2 to 4 times.
  • the titanium oxide fine particles that have been subjected to alkali treatment and acid treatment or acid treatment in this manner are air-dried and pulverized in an agate mortar or the like.
  • the atomic ratio (Si / Ti) between Si atoms and Ti atoms is preferably 0.5 or more and 10 or less. 0.5 to 2.0 is particularly preferable. If it is 0.5 or more, the titanium oxide fine particles react sufficiently with the hydrolyzable silane, so there is no possibility that the fine particles are peeled off by rubbing. If it is 10 or less, the effect of increasing the dielectric constant by titanium oxide can be sufficiently achieved.
  • hydrolyzable silane compound one or more selected from those represented by the following formulas (1) and (2) are used, and at least one of them uses the hydrolyzable silane of formula (1). It is preferable.
  • R 1 is an organic group capable of cationic polymerization
  • Z is a divalent organic group
  • R 2 and R 4 are each independently a saturated or unsaturated hydrocarbon group
  • R 3 is substituted or unsubstituted.
  • the cationically polymerizable organic group represented by R 1 in the formula (1) means a cationically polymerizable organic group that generates an oxyalkylene group by cleavage, a cyclic ether group such as an epoxy group or an oxetane group, and a vinyl ether. Groups.
  • an epoxy group is preferable from the viewpoint of availability and reaction control.
  • Examples of the divalent organic group represented by Z in the formula (1) include an alkylene group and an arylene group. Among these, an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms is preferable, and an ethylene group is more preferable.
  • Examples of the saturated or unsaturated monovalent hydrocarbon group represented by R 2 and R 4 in the formula (1) include an alkyl group, an alkenyl group, and an aryl group. Among these, a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms is preferable, and further a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an i-propyl group, an n-butyl group, a t-butyl group. Is more preferable.
  • hydrolysable silane compound which has a structure shown by Formula (1) is shown.
  • (1-1) Glycidoxypropyltrimethoxysilane
  • (1-2) glycidoxypropyltriethoxysilane
  • (1-3) Epoxycyclohexylethyltrimethoxysilane
  • (1-4) Epoxycyclohexylethyltriethoxysilane.
  • aryl group-substituted alkyl group or unsubstituted alkyl group represented by R 3 in formula (2) a linear alkyl group having 1 to 21 carbon atoms is preferable, and one having 6 to 10 carbon atoms is more preferable.
  • the alkyl group-substituted aryl group or unsubstituted aryl group represented by R 3 in formula (2) is preferably a phenyl group.
  • R 3 is a hydrolyzable silane compound having a phenyl group
  • R 3 is a hydrolyzate of a linear alkyl group having 6 to 10 carbon atoms.
  • a combination with a decomposable silane compound is more preferable because compatibility with a solvent is improved even if the monomer structure is changed by hydrolysis / condensation reaction.
  • the addition amount (mol) of water is preferably 3.0 times or more and 9.0 times or less with respect to the number of moles of the hydrolyzable silane to be added. Particularly, it is more preferably 3.5 times or more and 6.0 times or less. Within this range, it is difficult for unreacted monomers to remain, and an excessive reaction does not proceed and a uniform transparent liquid can be obtained. Moreover, since compatibility with alcohol and a condensate will worsen when there is much water, it will become the direction which becomes easy to produce cloudiness and precipitation similarly.
  • a primary alcohol, a secondary alcohol, a tertiary alcohol, a mixed system of a primary alcohol and a secondary alcohol, or a mixed system of a primary alcohol and a tertiary alcohol is used. It is preferable. In particular, it is preferable to use a mixed solution of ethanol, methanol and 2-butanol, or a mixed solution of ethanol and 2-butanol.
  • a photopolymerization initiator is added to the reaction product (hydrolysis / condensation product) synthesized as described above to prepare a coating agent.
  • the concentration of the coating agent is adjusted using an appropriate solvent in order to improve applicability.
  • the solvent include alcohols such as ethanol and 2-butanol, ethyl acetate, methyl ethyl ketone, or a mixture thereof.
  • Lewis acid or Bronsted acid onium salt examples include borate salts, compounds having an imide structure, compounds having a triazine structure, azo compounds, and peroxides.
  • the photopolymerization initiator can be added after diluting in a solvent such as alcohol or ketone in order to improve the compatibility with the hydrolysis / condensation product.
  • a solvent such as alcohol or ketone
  • methanol and methyl isobutyl ketone are mentioned.
  • aromatic sulfonium salts and aromatic iodonium salts are preferable from the viewpoints of sensitivity, stability, and reactivity.
  • a bis (4-tert-butylphenyl) iodonium salt, a compound having a structure represented by the following formula (3) (trade name: Adekaoptoma-SP150, manufactured by Asahi Denka Kogyo Co., Ltd.), and the following formula (4 ) Compound having a structure represented by (Product name: Irgacure 261, manufactured by Ciba Specialty Chemicals) Is preferred.
  • the coating agent thus prepared is applied onto the conductive elastic layer by coating using a roll coater, dip coating, ring coating, or the like to form a coating layer.
  • the coating layer is irradiated with activation energy rays, the cationically polymerizable group in the silane hydrolyzable condensate contained in the coating agent is cleaved and polymerized. Thereby, the silane hydrolyzable condensates are cross-linked and cured to form a surface layer.
  • ultraviolet rays are preferable. By curing the surface layer with ultraviolet rays, it is difficult for extra heat to be generated, and phase separation and wrinkles during volatilization of the solvent such as thermosetting are unlikely to occur, and a very uniform film state can be obtained. For this reason, a uniform and stable potential can be applied to the photoreceptor.
  • the surface layer will not wrinkle or crack if the surface layer does not sufficiently follow the expansion and contraction of the conductive elastic layer due to the change in temperature and humidity. May occur.
  • the cross-linking reaction is performed by ultraviolet rays with less heat generation, the adhesion between the conductive elastic layer and the surface layer increases, and the surface layer can sufficiently follow the expansion / contraction of the conductive elastic layer. Wrinkles and cracks in the surface layer due to changes in environmental temperature and humidity can also be suppressed.
  • the crosslinking reaction is performed by ultraviolet rays, it is possible to suppress deterioration of the conductive elastic layer due to thermal history, and thus it is possible to suppress a decrease in electrical characteristics of the conductive elastic layer.
  • a high pressure mercury lamp, a metal halide lamp, a low pressure mercury lamp, an excimer UV lamp, or the like can be used.
  • an ultraviolet ray source rich in light having an ultraviolet wavelength of 150 nm to 480 nm is used. .
  • the adjustment of the integrated amount of ultraviolet light can be performed by the irradiation time, lamp output, and distance between the lamp and the irradiated object. Moreover, you may give a gradient to integrated light quantity within irradiation time.
  • the integrated light amount of ultraviolet rays can be measured using an ultraviolet integrated light amount meter UIT-150-A or UVD-S254 (both are trade names, manufactured by Ushio Electric Co., Ltd.).
  • the integrated light amount of ultraviolet rays can be measured using an ultraviolet integrated light amount meter UIT-150-A or VUV-S172 (both are trade names, manufactured by USHIO INC.).
  • FIG. 3 shows a reaction scheme in the surface layer forming step.
  • the coating liquid applied to the surface of the elastic layer contains a silane compound having a glycidoxypropyl group as a cationically polymerizable group and chemically bonded to titanium oxide particles as a hydrolysis condensate. Yes.
  • a cationic polymerization catalyst (denoted as R + X ⁇ in FIG. 3)
  • the glycidoxypropyl group of such a hydrolysis-condensation product is polymerized in a chain by opening an epoxy ring.
  • n represents an integer of 1 or more.
  • the titanium oxide fine particles are not simply dispersed and present in the binder, but are chemically bonded to the polysiloxane. Therefore, the titanium oxide fine particles are difficult to drop off from the surface layer.
  • the elastic modulus of the surface layer of the charging member is preferably 10 GPa or less from the viewpoint of sufficiently exerting the function of the conductive elastic layer provided for sufficiently securing the contact nip with the electrophotographic photosensitive member.
  • the crosslinking density tends to decrease as the elastic modulus of the layer decreases, so from the viewpoint of suppressing contamination of the surface of the electrophotographic photoreceptor due to the low molecular weight component bleed out on the surface of the charging member,
  • the elastic modulus of the surface layer of the charging member is preferably 0.1 GPa or more.
  • the thicker the surface layer the greater the effect of suppressing the bleed out of the low molecular weight component.
  • the standard of the layer thickness of the surface layer is preferably 0.005 ⁇ m or more and 1.000 ⁇ m or less, particularly 0.010 ⁇ m or more and 0.600 ⁇ m or less.
  • the surface portion of the charging member is shaved with a razor, applied to liquid nitrogen and fractured, and then the cross section is about 20000 with a scanning electron microscope (SEM) (manufactured by JEOL Ltd.). Can be confirmed at double magnification.
  • SEM scanning electron microscope
  • the 10-point average roughness (Rzjis) of the surface of the charging member is 10 ⁇ m or less, particularly 7 ⁇ m or less. Furthermore, it is preferably 3 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less.
  • the toner and the external additive contained in the toner are easily fixed on the surface. As a result, uneven charging occurs, and fine streak-like image defects appear when an image is output.
  • the range is not limited to this range when the type of toner is changed. Since the surface free energy of the toner used in the cartridge for evaluation in the present invention is about 40 mJ / m 2 , the above range is preferable.
  • the lower limit of the dielectric constant of the charging member according to the present invention is preferably 8 or more, particularly 10 or more. Moreover, an upper limit is below the dielectric constant (100) of a titanium oxide.
  • FIG. 2 shows an example of a schematic configuration of an electrophotographic apparatus provided with a process cartridge having the charging member of the present invention.
  • a cylindrical electrophotographic photosensitive member 1 is rotationally driven around a shaft 2 in the direction of an arrow at a predetermined peripheral speed.
  • an electrophotographic photosensitive member those having a support and an inorganic photosensitive layer or an organic photosensitive layer formed on the support are generally used.
  • the electrophotographic photosensitive member may have a charge injection layer as a surface layer. Since the surface of the electrophotographic photosensitive member 1 is arranged in contact with the charging member 3 (roller-shaped charging member in FIG.
  • a voltage of only a DC voltage or a voltage obtained by superimposing an AC voltage on the DC voltage is applied to the charging member 3 from a voltage applying unit (not shown).
  • a voltage ( ⁇ 1000 V) of only DC voltage was applied to the charging member.
  • the dark portion potential was ⁇ 500 V and the light portion potential was ⁇ 100 V.
  • the electrostatic latent image formed on the surface of the electrophotographic photosensitive member 1 is developed (reversal development or regular development) with toner contained in the developer of the developing means 5 to become a toner image.
  • the toner image formed and supported on the surface of the electrophotographic photosensitive member 1 is sequentially transferred onto a transfer material (such as paper) P by a transfer bias from a transfer unit (such as a transfer roller) 6.
  • the transfer material P is taken out from the transfer material supply means (not shown) between the electrophotographic photoreceptor 1 and the transfer means 6 (contact portion) in synchronization with the rotation of the electrophotographic photoreceptor 1 and fed. Is done.
  • Examples of the developing means include a jumping developing means, a contact developing means, and a magnetic brush means. From the viewpoint of improving toner scattering properties, a contact developing means is preferable. Adopted. Moreover, as a transfer roller, what coat
  • the transfer material P that has received the transfer of the toner image is separated from the surface of the electrophotographic photosensitive member 1 and introduced into the fixing means 8 to receive the image fixing, and is printed out as an image formed product (print, copy). Is done. In the case of the double-sided image forming mode or the multiple image forming mode, this image formed product is introduced into a recirculation conveyance mechanism (not shown) and reintroduced into the transfer unit.
  • the surface of the electrophotographic photosensitive member 1 after the transfer of the toner image is cleaned by receiving a developer (toner) remaining after transfer by a cleaning means (cleaning blade or the like) 7. Further, after being subjected to charge removal processing by pre-exposure (not shown) from a pre-exposure means (not shown), it is repeatedly used for image formation.
  • pre-exposure is not always necessary.
  • a plurality of components may be housed in a container and integrally combined as a process cartridge. it can.
  • the process cartridge may be configured to be detachable from an electrophotographic apparatus main body such as a copying machine or a laser beam printer.
  • an electrophotographic apparatus main body such as a copying machine or a laser beam printer.
  • the electrophotographic photosensitive member 1, the charging member 3, the developing means 5 and the cleaning means 7 are integrally supported to form a cartridge, and a guide means 10 such as a rail of the electrophotographic apparatus main body is used to form a cartridge.
  • the process cartridge 9 is detachable from the main body.
  • part means “part by mass”.
  • Synthesis example A Production example of titanium oxide particles
  • titanium oxide particles No. 1 The acid-treated titanium oxide fine particles were designated as titanium oxide particles No. 1 is called.
  • Synthesis Example A-2 In Synthesis Example A-1, the alkali treatment and acid treatment conditions were changed to 1.0 mol / L sodium hydroxide aqueous solution and 3.0 mol / L nitric acid aqueous solution, and the other conditions were the same as in Synthesis Example A-1. Titanium oxide particles No. 2 was synthesized and evaluated.
  • Synthesis A-3 In Synthesis Example A-1, the same operation as in Synthesis Example A-1 except that each of the alkali treatment and the acid treatment was replaced with 0.01 mol / L sodium hydroxide aqueous solution and 0.1 mol / L nitric acid aqueous solution.
  • the titanium oxide particles No. 3 was synthesized and evaluated.
  • Synthesis Example A-5 In Synthesis Example A-1, titanium oxide fine particles (STR-100N, Sakai Industrial Chemical Co., Ltd., average particle size 100 nm) were used instead of titanium oxide fine particles (MT-500B). Otherwise, the same procedure as in Synthesis Example A-1 was used for titanium oxide particle No. 5 was synthesized and evaluated.
  • Titanium oxide particles No. The evaluation results of 1 to 6 are shown in Table 1 below. As a reference, titanium oxide particles No. Table 1 also shows the results of evaluation of titanium oxide particles (trade name: MT-500B, manufactured by Teika Co., Ltd.) used as the raw material of No. 1.
  • hydrolysis condensate B-1 mass ratio of polysiloxane polymer + titanium oxide based on the total weight of the solution assuming that all hydrolyzable silane compounds are dehydrated and condensed
  • the actual solid content of hydrolysis condensate B-1 was 29.1% by mass.
  • the actual solid content is measured by heating several grams of hydrolysis condensate B-1 in an oven at 200 ° C. for 30 minutes.
  • the amount of unreacted monomer (residual monomer) remaining in the hydrolysis condensate B-1 can be calculated from the difference between the actual solid content and the theoretical solid content obtained by this heating.
  • hydrolyzable condensates B-1 to B-14 are shown in Tables 4-1 to 4-2 below.
  • Synthesis Example b-1 titanium oxide particles No. 1 except that titanium oxide particles (trade name: MT-500B, manufactured by Teika Co., Ltd.) not subjected to surface treatment were used in the same manner as in Synthesis Example B-1, except that the surface treatment was not performed. -1 was prepared and evaluated.
  • Synthesis Example b-2 titanium oxide particles No. 2 except that titanium oxide particles (trade name: MT-500B, manufactured by Teika Co., Ltd.) not subjected to surface treatment were used in the same manner as in Synthesis Example B-1 except that the hydrolytic condensate b -2 was prepared and evaluated.
  • titanium oxide particles No. 2 except that titanium oxide particles (trade name: MT-500B, manufactured by Teika Co., Ltd.) not subjected to surface treatment were used in the same manner as in Synthesis Example B-1 except that the hydrolytic condensate b -2 was prepared and evaluated.
  • Synthesis Example b-3 In Synthesis Example B-7, titanium oxide particles No. 2 except that titanium oxide particles (trade name: MT-500B, manufactured by Teika Co., Ltd.) not subjected to surface treatment were used in the same manner as in Synthesis Example B-1 except that the hydrolytic condensate b -3 was prepared and evaluated.
  • titanium oxide particles No. 2 except that titanium oxide particles (trade name: MT-500B, manufactured by Teika Co., Ltd.) not subjected to surface treatment were used in the same manner as in Synthesis Example B-1 except that the hydrolytic condensate b -3 was prepared and evaluated.
  • the left and right turn-over was performed 20 times in total with a front roll rotation speed of 8 rpm, a rear roll rotation speed of 10 rpm, and a roll gap of 2 mm. Thereafter, the roll gap was set to 0.5 mm, and thinning was performed 10 times to obtain a kneaded product I for an elastic layer.
  • a nickel-plated surface of a cylindrical steel support having a diameter of 6 mm and a length of 252 mm was prepared as a shaft core.
  • a thermosetting adhesive containing a metal and rubber (trade name: METALOC U-) in a region of up to 115.5 mm on both sides of the axial center of the shaft core (a region having an axial width of 231 mm). 20, Toyo Chemical Laboratory Co., Ltd.) was applied. This was dried at a temperature of 80 ° C. for 30 minutes, and further dried at a temperature of 120 ° C. for 1 hour.
  • the kneaded product I was extruded into a cylindrical shape having an outer diameter of 8.75 to 8.90 mm coaxially around the support with the adhesive layer by extrusion molding using a cross head, and the end portion was cut.
  • a conductive elastic roller was prepared in which an unvulcanized conductive elastic layer was laminated on the outer periphery of the support.
  • the roller was vulcanized using a continuous heating furnace having two zones with different temperature settings.
  • the first zone was set to a temperature of 80 ° C. and allowed to pass in 30 minutes
  • the second zone was set to a temperature of 160 ° C. and this was also allowed to pass for 30 minutes to obtain a vulcanized rubber roller.
  • both ends in the width direction of the elastic layer of the rubber roller were cut to make the width of the elastic layer 232 mm.
  • the surface of the elastic layer was polished with a rotating grindstone.
  • the polishing conditions were such that the rotational speed of the rubber roller was 333 rpm and the rotational speed of the grindstone was 2080 rpm.
  • the polishing time was 12 seconds.
  • an elastic roller-1 having a crown shape with an end diameter of 8.26 mm and a center diameter of 8.50 mm and a runout of 18 ⁇ m was obtained.
  • the ten-point average roughness (Rzjiis) of the surface of the elastic layer was 5.5 ⁇ m, and the micro rubber hardness was 73 degrees.
  • micro rubber hardness was measured in a peak hold mode in a measurement environment at 25 ° C. and 55% RH using a micro rubber hardness meter (trade name: MD-1capa type A, manufactured by Kobunshi Keiki Co., Ltd.). Value.
  • the ten-point average roughness (Rzjis) was measured in accordance with Japanese Industrial Standard (JIS) B0601.
  • the deflection is measured by measuring the outer diameter of the elastic layer portion of the elastic roller 1 using a high-precision laser measuring machine (trade name: LSM-430v, manufactured by Mitutoyo Corporation).
  • the difference in the minimum outer diameter value was defined as the outer diameter difference shake. This measurement was performed at any five points in the width direction of the elastic layer of the elastic roller, and the arithmetic average value of the outer diameter difference deflection at each point was defined as the deflection of the elastic roller-1.
  • the surface layer forming coating material-1 was applied onto the elastic layer of the elastic roller-1 using a donut-shaped ring coating head having discharge ports on the entire inner periphery.
  • the elastic roller-1 is held so as to be coaxial with the inner peripheral portion of the ring coating head, and the surface layer forming coating material-1 is supplied from the ring coating head at a rate of 0.020 ml / s.
  • the ring coating head was moved with respect to the elastic roller 1 while being discharged. The moving speed was 85 mm / s, and the total discharge amount of the surface layer forming paint-1 was 0.065 ml.
  • the surface layer-forming coating material-1 applied on the elastic layer was irradiated with an ultraviolet ray having a wavelength of 254 nm so as to have an integrated light amount of 9000 mJ / cm 2 and cured to form a surface layer.
  • a low-pressure mercury lamp manufactured by Harrison Toshiba Lighting Co., Ltd.
  • the following evaluations were performed using the charging roller-1 produced as described above.
  • the arithmetic average value of the contact angles at 8 points excluding the maximum value and the minimum value among the 10 contact angle values was defined as the contact angle with respect to each liquid on the surface of the charging roller-1.
  • the surface free energy was calculated based on the Kitasaki and Hata theory using the contact angle of the surface layer with each liquid.
  • analysis software (trade name: FAMAS, manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.) was used.
  • the electrophotographic photosensitive drum is an organic electrophotographic photosensitive drum in which an organic photosensitive layer having a layer thickness of 19.0 ⁇ m is formed on a support.
  • the organic photosensitive layer is a laminated photosensitive layer formed by laminating a charge generation layer and a charge transport layer containing a modified polycarbonate (binder resin) from the support side, and the charge transport layer is an electrophotographic photosensitive drum. It is a surface layer.
  • a polymerized toner having a glass transition temperature of 63 ° C. and a volume average particle diameter of 6 ⁇ m was used as the toner used for image formation.
  • This polymerized toner is obtained by adding silica fine particles and titanium oxide fine particles to particles obtained by suspension polymerization of a polymerizable monomer system containing a wax, a charge control agent, a dye, styrene, butyl acrylate and an ester monomer in an aqueous medium. Contains externally added toner particles.
  • the output electrophotographic image was formed on an A4 size paper so that the letter “E” of an alphabet having a size of 4 points had a printing rate of 1%. In addition, the electrophotographic image was formed intermittently.
  • intermittently outputting an electrophotographic image means that the number of friction between the charging roller and the electrophotographic photosensitive drum is smaller than that in the case of continuously outputting images even if the number of outputs is the same. Therefore, the surface of the charging roller is more easily contaminated.
  • the process speed is 164 mm / s, and the electrophotographic image is formed in a normal temperature and normal humidity environment (temperature 25 ° C./humidity 50% RH) and a high temperature high humidity environment (temperature 30 ° C./humidity 80% RH). I went. Evaluation of the output image was visually observed every 2000 sheets and evaluated according to the criteria shown in Table 6 below.
  • Example 1 except that the hydrolysis condensate B-1 in the surface layer forming coating material-1 used for forming the surface layer of Example 1 was changed to hydrolysis condensates B-2 to B-12. The same operation was performed to prepare a surface layer-forming paint. Then, charging rollers -2 to 12 were obtained in the same manner as in Example 1 except that these surface layer forming paints were used.
  • Example 13 In the preparation of the surface layer forming coating material 1 of Example 1, a surface layer forming coating material was prepared by adjusting the dilution with ethanol so that the solid content concentration was 3.0% by mass. A charging roller 13 was obtained in the same manner as in Example 1 except that this surface layer forming paint was used.
  • Example 1 is the same as Example 1 except that the hydrolysis condensate B-1 in the surface layer-forming paint-1 used for forming the surface layer of Example 1 is changed to hydrolysis condensates B-13 to B-14. The same operation was performed to prepare a surface layer-forming paint. The charging roller 14 and the charging roller 15 were obtained by performing the same operation as in Example 1 except that these surface layer forming paints were used. Table 7 shows the evaluation results of the charging rollers according to Examples 1 to 15.
  • Example 1 (Comparative Examples 1 to 3) Example 1 except that the hydrolysis condensate B-1 in the surface layer forming paint-1 used for forming the surface layer of Example 1 was changed to hydrolysis condensates b-1 to b-3. The same operation was performed to prepare a surface layer-forming paint. Then, the same operations as in Example 1 were carried out except that these surface layer forming paints were used, and charging rollers 16 to 18 were obtained. Table 8 shows the evaluation results.

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Abstract

比誘電率が高くかつ表面自由エネルギーが小さい帯電部材であってその高い比誘電率が長期間に亘って維持可能な帯電部材を提供する。印刷の高速化及び電子写真装置の高寿命化に有効なプロセスカートリッジ及び電子写真装置を提供する。支持体と弾性層と表面層とを有する帯電部材であって、該表面層が加水分解性シラン化合物と表面に存在する水酸基量が0.7質量%以上35質量%以下である酸化チタン粒子との反応生成物を含むコーティング剤の硬化物層である帯電部材。前記帯電部材を有する電子写真装置及びプロセスカートリッジ。

Description

帯電部材、その製造方法、プロセスカートリッジ及び電子写真装置
 本発明は電子写真装置に用いられる帯電部材及びプロセスカートリッジ等に関する。
 電子写真感光体の表面を帯電するための帯電部材としては、電子写真感光体と帯電部材との当接ニップを十分に確保する観点から、支持体、該支持体上に設けられた弾性層(導電性弾性層)および、該弾性層上に設けられた表面層を有するものが一般的である。
 特許文献1は、低温低湿環境における帯電不良の発生を防止し得る帯電部材として、酸化ジルコニウム、酸化チタンなどの金属酸化物やチタン酸バリウムなどの複合酸化物などをバインダーに分散させてなる表面層を備えた帯電部材を開示している。また、特許文献2は、帯電部材の表面への汚れの付着を抑制し、長期間安定した帯電性能を維持し得る帯電部材として、フッ化アルキル基およびオキシアルキレン基を有するポリシロキサンを含有する表面層を備えた帯電部材を開示している。このように帯電部材の表面層には、帯電部材の帯電性能の改善、および表面特性の改善といった種々の機能を担持させることが行われている。ところで、近年の電子写真装置が多様な環境下で用いられる中で、高温高湿環境から低温低湿環境に至るまで、安定して高い帯電性能を発揮する帯電部材が求められてきている。
特開平6-159349号公報 特開2007-004102号公報
 このような状況下、本発明者らは、帯電部材の帯電性能の向上を図るために、表面層の比誘電率を高めることについて検討を行った。特許文献1にかかる表面層に含有されている酸化チタンの誘電率は約100であり、二酸化ケイ素の比誘電率(約4.0)と比較しても高い。そのため、比誘電率の高い表面層を得るためには、酸化チタン粒子を含有させることが好ましいとも思われた。しかし、酸化チタン粒子が均一に分散して存在してなる表面層を形成するためには、表面層の形成に用いるコーティング剤(塗工液)中で、酸化チタン粒子を物理的に高度に分散させる必要がある。かかるコーティング剤の調製にはコストがかかり、また、得られたコーティング剤も長期間の保存には適さない。また、例え、表面層中に酸化チタン粒子を均一に分散させ得たとしても、表面層中のバインダーによる固定が必ずしも十分でないため、長期間の使用により酸化チタン粒子が表面層から脱落し易いという課題があった。
 更に、酸化チタン粒子が分散されてなる表面層は、その表面自由エネルギーが上昇する傾向にあり、表面への汚付着の抑制の観点からは、改善の余地があった。そこで、本発明の目的は、比誘電率が高く、かつ、表面自由エネルギーが小さい表面層を備えることにより、高い帯電性能を長期間に亘って維持可能な帯電部材およびその製造方法を提供することにある。また本発明の他の目的は、高品位な電子写真画像を長期間に亘って形成し得るプロセスカートリッジ及び電子写真装置を提供することにある。
 前記課題は以下の本発明〔1〕、〔2〕、〔3〕及び〔4〕によって解決される。
 〔1〕支持体と弾性層と表面層とを有する帯電部材であって、該表面層が加水分解性シラン化合物と表面に存在する水酸基量が0.7質量%以上35質量%以下である酸化チタン粒子との反応生成物を含むコーティング剤の硬化物層である帯電部材。
 〔2〕支持体と弾性層と表面層とを有する帯電部材の製造方法であって、加水分解性シラン化合物と表面に存在する水酸基量が0.7質量%以上35質量%以下である酸化チタン粒子との反応生成物を含むコーティング剤を該弾性層の上に塗布した後、活性化エネルギー線を照射することにより該コーティング剤を硬化させて該表面層を形成することを特徴とする前記帯電部材の製造方法。
 〔3〕電子写真感光体と、該電子写真感光体に接触して配置されている前記〔1〕に記載の帯電部材とを有することを特徴とする電子写真装置。
 〔4〕電子写真感光体と、該電子写真感光体に接触して配置されている前記〔1〕に記載の帯電部材とを有し、電子写真装置の本体に着脱可能に構成されていることを特徴とするプロセスカートリッジ。
 本発明の帯電部材は、比誘電率が高い酸化チタンが加水分解性シラン化合物との反応生成物(硬化物)として表面層中に強固に保持されているので、その高い比誘電率を長期間にわたって維持することができる。また、この表面層は表面自由エネルギーが小さいので汚れ成分の付着を抑制できる。この帯電部材を備えたプロセスカートリッジ及び電子写真装置は、印刷の高速化及び電子写真装置の高寿命化に有効である。
本発明の帯電部材の構成の一例を示す図である。 本発明に係る電子写真装置の説明図である。 本発明に係る表面層の形成時の化学反応の説明図である。
 図1に示した本発明に係る帯電部材は、支持体101、導電性弾性層102及び表面層103がこの順で積層されている。これを基本構造として、支持体と導電性弾性層との間や導電性弾性層と表面層との間に別の層を1つまたは2つ以上設けてもよい。
〔支持体〕
 支持体としては、鉄、銅、ステンレス、アルミニウム、アルミニウム合金又はニッケルで形成されている金属性(合金製)の支持体を用いることができる。
〔弾性層〕
 導電性弾性層には、従来の帯電部材の弾性層(導電性弾性層)に用いられているゴムや熱可塑性エラストマーの如き弾性体を1種または2種以上用いることができる。
 ゴムとしては以下のものが挙げられる。ウレタンゴム、シリコーンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、スチレン-ブタジエンゴム、エチレン-プロピレンゴム、ポリノルボルネンゴム、スチレン-ブタジエン-スチレンゴム、アクリロニトリルゴム、エピクロルヒドリンゴムおよびアルキルエーテルゴム等。
 熱可塑性エラストマーとしては、例えば、スチレン系エラストマーおよびオレフィン系エラストマーなどが挙げられる。スチレン系エラストマーの市販品としては、例えば、三菱化学(株)製の商品名「ラバロン」、クラレ(株)製の商品名「セプトンコンパウンド」などが挙げられる。オレフィン系エラストマーの市販品としては、例えば、三菱化学(株)製の商品名「サーモラン」、三井化学(株)製の商品名「ミラストマー」、住友化学工業(株)製の商品名「住友TPE」、アドバンストエラストマーシステムズ社製の商品名「サントプレーン」などが挙げられる。
 また、弾性層は、導電剤を含むことによって所定の導電性を有するように構成されている。弾性層の電気抵抗値としては、10Ω以上10Ω以下、特には10Ω以上10Ω以下が好ましい。弾性層に用いられる導電剤としては、例えば、陽イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、帯電防止剤、電解質などが挙げられる。
 陽イオン性界面活性剤としては以下のものが挙げられる。第四級アンモニウム塩(ラウリルトリメチルアンモニウム、ステアリルトリメチルアンモニウム、オクタドデシルトリメチルアンモニウム、ドデシルトリメチルアンモニウム、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムおよび変性脂肪酸・ジメチルエチルアンモニウムの如き第四級アンモニウム塩)、過塩素酸塩、塩素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、エトサルフェート塩およびハロゲン化ベンジル塩(臭化ベンジル塩や塩化ベンジル塩など)が挙げられる。
 陰イオン性界面活性剤としては、脂肪族スルホン酸塩、高級アルコール硫酸エステル塩、高級アルコールエチレンオキサイド付加硫酸エステル塩、高級アルコール燐酸エステル塩および高級アルコールエチレンオキサイド付加燐酸エステル塩が挙げられる。
 帯電防止剤としては、例えば、高級アルコールエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール脂肪酸エステルおよび多価アルコール脂肪酸エステルの如き非イオン性帯電防止剤が挙げられる。
 電解質としては、例えば、周期律表第1族の金属(Li、Na、Kなど)の塩(第四級アンモニウム塩など)が挙げられる。周期律表第1族の金属の塩としては、具体的には、LiCFSO、NaClO、LiAsF、LiBF、NaSCN、KSCNおよびNaClなどが挙げられる。
 また、弾性層用の導電剤として、周期律表第2族の金属(Ca、Baなど)の塩(Ca(ClOなど)やこれから誘導される帯電防止剤を用いることもできる。また、これらと多価アルコール(1,4-ブタンジオール、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール等)又はその誘導体との錯体、これらとモノオール(エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル等)との錯体の如きイオン導電性導電剤を用い得る。
 また、弾性層用の導電剤として炭素系材料(導電性カーボンブラック、グラファイト等)、金属酸化物(酸化スズ、酸化チタン及び酸化亜鉛等)、金属(ニッケル、銅、銀及びゲルマニウム等)を用いることもできる。
 導電性弾性層の硬度は、帯電部材と被帯電体である電子写真感光体とを当接させた際の帯電部材の変形を抑制する観点から、MD-1で60度以上85度以下、特には70度以上80度以下であることがより好ましい。また、感光体と幅方向で均一に当接させるために、幅方向の中央部の層厚が端部の層厚よりも厚い、いわゆるクラウン形状とすることが好ましい。
 〔表面層〕
 帯電部材の表面層は加水分解性シラン化合物と表面に存在する水酸基量が0.7質量%以上35質量%以下である酸化チタン粒子との反応生成物を含むコーティング剤の硬化物層によって形成される。この水酸基量を上記範囲内とすることによって、酸化チタン粒子と加水分解性シラン化合物とを十分に結合させることができる。その結果、表面層形成用のコーティング剤中における酸化チタン微粒子の分離や沈殿などが生じにくい。また、得られる表面層の表面自由エネルギーをより確実に低減させることができる。なお、水酸基量が35質量%を超える場合は、すなわちTi-O-Ti結合の減少であり、酸化チタンの結晶構造が保持されず、比誘電率を増加させる効果が少ない。
 〔酸化チタン微粒子の表面処理〕
 酸化チタン微粒子に対してアルカリ処理及び酸処理、または酸処理を施すことによって酸化チタン微粒子の表面に水酸基を導入することができる。表面処理を施す酸化チタン微粒子の粒子径の目安としては、0.050μm以上0.600μm以下である。
 以下に、酸化チタン微粒子の具体例を示す。
(T-1)MT-150A(テイカ(株))、
(T-2)MT-500B(テイカ(株))、
(T-3)MT-600B(テイカ(株))、
(T-4)TTO-55N(石原産業(株))、
(T-5)TTO-51N(石原産業(株))、
(T-6)STR-60N(堺化学工業(株))、
(T-7)STR-100N(堺化学工業(株))。
 アルカリ処理に使用する試薬としては水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア水などのアルカリ性水溶液が好ましい。使用する液の濃度は0.005モル/L以上が望ましく、特に0.01モル/L以上1.00モル/L以下がより望ましい。アルカリ水溶液を酸化チタン微粒子が十分に浸る程度に加え、攪拌により分散させる。アルカリ処理の際はウォーターバス、オイルバス等を用いて加熱することが好ましく、特に40℃以上100℃以下に温度を設定することがより好ましい。処理時間は1時間以上が好ましい。アルカリ処理をした後は水で洗浄する。
 酸処理に使用する試薬としては塩酸、硝酸、硫酸、酢酸、などの酸性水溶液から選択することが好ましい。使用する液の濃度は0.01モル/L以上が望ましく、特に0.1モル/L以上3モル/L以下がより望ましい。酸化チタン微粒子またはアルカリ処理を施した酸化チタン微粒子が十分に浸る程度に酸水溶液を加え、攪拌により分散させる。酸処理の際はウォーターバス、オイルバス等を用いて加熱することが好ましく、特に40℃以上100℃以下に温度を設定することがより好ましい。処理時間は1時間以上が好ましく、処理後は水で洗浄する。酸処理および水洗浄は複数回行うことが好ましく、特に2回から4回行うことがより好ましい。
 このようにアルカリ処理と酸処理、または酸処理を施した酸化チタン微粒子を風乾させ、メノウ乳鉢等で粉砕する。
 〔加水分解・縮合反応〕
 次に加水分解性シラン化合物に対して、前記の表面処理を施すことにより表面に水酸基を導入した酸化チタン微粒子、水、およびアルコールを加え、加熱還流しながら攪拌する。これによって、加水分解性シラン化合物を加水分解せしめてアルコキシ基を水酸基に変化させ、当該水酸基を、酸化チタン微粒子の表面の水酸基と反応させる。
 ここで、Si原子とTi原子との原子数比(Si/Ti)は、0.5以上10以下であることが好ましい。特に0.5以上2.0以下がより好ましい。0.5以上であれば酸化チタン微粒子が加水分解性シランと十分に反応するので、摺擦により微粒子が剥離するおそれがない。また10以下であれば酸化チタンによる比誘電率の上昇効果が十分に達成可能である。
 加水分解性シラン化合物としては、以下の式(1)及び(2)で表されるものから選ばれる1種もしくは複数種を用い、そのうち少なくとも1種は式(1)の加水分解性シランを用いることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
 上記式(1)中、Rはカチオン重合可能な有機基、Zは2価の有機基、R及びRはそれぞれ独立に飽和または不飽和の炭化水素基、Rは置換または非置換のアルキル基、アリール基を示す。式(1)中のRのカチオン重合可能な有機基とは、開裂によってオキシアルキレン基を生成するカチオン重合可能な有機基を意味し、エポキシ基やオキセタン基の如き環状エーテル基、および、ビニルエーテル基が挙げられる。これらの中でも、入手の容易性および反応制御の容易性の観点から、エポキシ基が好ましい。
 式(1)中のZの2価の有機基としては、アルキレン基およびアリーレン基が挙げられる。これらの中でも、炭素数1~6のアルキレン基が好ましく、さらにはエチレン基がより好ましい。
 式(1)中のR及びRの飽和もしくは不飽和の1価の炭化水素基としては、例えば、アルキル基、アルケニル基およびアリール基などが挙げられる。これらの中でも、炭素数1~4の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキル基が好ましく、更にはメチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基、n-ブチル基、t-ブチル基がより好ましい。
 以下に、式(1)で示される構造を有する加水分解性シラン化合物の具体例を示す。
(1-1):グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、
(1-2):グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、
(1-3):エポキシシクロヘキシルエチルトリメトキシシラン、
(1-4):エポキシシクロヘキシルエチルトリエトキシシラン。
 式(2)中のRのアリール基置換のアルキル基もしくは無置換のアルキル基としては、炭素数1~21の直鎖状のアルキル基が好ましく、更には炭素数6~10のものが好ましい。式(2)中のRのアルキル基置換のアリール基もしくは無置換のアリール基としては、フェニル基が好ましい。
 以下に、式(2)で示される構造を有する加水分解性シラン化合物の具体例を示す。
(2-1):メチルトリメトキシシラン、
(2-2):メチルトリエトキシシラン、
(2-3):メチルトリプロポキシシラン、
(2-4):エチルトリメトキシシラン、
(2-5):エチルトリエトキシシラン、
(2-6):エチルトリプロポキシシラン、
(2-7):プロピルトリメトキシシラン、
(2-8):プロピルトリエトキシシラン、
(2-9):プロピルトリプロポキシシラン、
(2-10):ヘキシルトリメトキシシラン、
(2-11):ヘキシルトリエトキシシラン、
(2-12):ヘキシルトリプロポキシシラン、
(2-13):デシルトリメトキシシラン、
(2-14):デシルトリエトキシシラン、
(2-15):デシルトリプロポキシシラン、
(2-16):フェニルトリメトキシシラン、
(2-17):フェニルトリエトキシシラン、
(2-18):フェニルトリプロポキシシラン。
 式(2)で示される構造を有する加水分解性シラン化合物を併用する際、Rがフェニル基の加水分解性シラン化合物と、Rが炭素数6~10の直鎖状のアルキル基の加水分解性シラン化合物とを組み合わせると、加水分解・縮合反応によりモノマー構造が変化しても溶媒への相溶性が良好となるので更に好ましい。
 また水の添加量(モル)は、添加する加水分解性シランのモル数に対して、3.0倍以上9.0倍以下が好ましい。特に3.5倍以上6.0倍以下がより好ましい。この範囲内であれば、未反応のモノマーが残存しにくく、過度な反応進行がおこらず均一な透明液を得ることができる。また、水が多いとアルコールと縮合物との相溶性が悪くなる為、同様に白濁化や沈殿が生じ易くなる方向となる。
 またアルコールとして、第1級アルコール、もしくは第2級アルコール、もしくは第3級アルコール、もしくは第1級アルコールと第2級アルコールの混合系、もしくは第1級アルコールと第3級アルコールの混合系を用いることが好ましい。特にエタノール、メタノールと2-ブタノールの混合液、エタノールと2-ブタノールの混合液の使用が好ましい。
 〔コーティング剤の調製〕
 以上のように合成された反応生成物(加水分解・縮合物)に光重合開始剤を添加してコーティング剤を調製する。コーティング剤は塗布性向上のために、適当な溶剤を用いて濃度調整される。溶剤としては、例えば、エタノールおよび2-ブタノールなどのアルコールや、酢酸エチルや、メチルエチルケトンなど、あるいは、これらを混合したものが挙げられる。
 光重合開始剤としては、ルイス酸あるいはブレンステッド酸のオニウム塩を用いることが好ましい。その他のカチオン重合触媒としては、例えば、ボレート塩、イミド構造を有する化合物、トリアジン構造を有する化合物、アゾ化合物、過酸化物が挙げられる。
 尚、光重合開始剤は加水分解・縮合物との相溶性を向上させるために事前にアルコールやケトンなどの溶媒に希釈して添加することができる。例えばメタノール、メチルイソブチルケトンが挙げられる。
 各種カチオン重合触媒の中でも、感度、安定性および反応性の観点から、芳香族スルホニウム塩や芳香族ヨードニウム塩が好ましい。特には、ビス(4-tert-ブチルフェニル)ヨードニウム塩や、下記式(3)で示される構造を有する化合物(商品名:アデカオプトマ-SP150、旭電化工業(株)製)や、下記式(4)で示される構造を有する化合物(商品名:イルガキュア261、チバスペシャルティーケミカルズ社製)
が好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
 〔表面層の形成〕
 このようにして調製されたコーティング剤は、ロールコーターを用いた塗布、浸漬塗布、リング塗布などによって、導電性弾性層の上に塗布されコーティング層が形成される。コーティング層に活性化エネルギー線を照射すると、コーティング剤に含まれるシラン加水分解性縮合物中のカチオン重合可能な基が開裂し、重合する。これによって、該シラン加水分解性縮合物同士が架橋して硬化し、表面層が形成される。
 活性エネルギー線としては、紫外線が好ましい。表面層の硬化を紫外線で行うことで、余分な熱が発生しにくく、熱硬化のような溶剤の揮発中における相分離やシワが生じにくく、非常に均一な膜状態が得られる。このため、感光体へ均一で安定した電位を与えることができる。
 帯電部材の置かれる環境が温湿度の変化が急激な環境である場合、その温湿度の変化による導電性弾性層の膨張、収縮に表面層が十分に追従しないと、表面層にシワやクラックが発生することがある。しかしながら、架橋反応を熱の発生が少ない紫外線によって行えば、導電性弾性層と表面層との密着性が高まり、導電性弾性層の膨張・収縮に表面層が十分に追従できるようになるため、環境の温湿度の変化による表面層のシワやクラックも抑制することができる。
 また、架橋反応を紫外線によって行えば、熱履歴による導電性弾性層の劣化を抑制することができるため、導電性弾性層の電気的特性の低下を抑制することもできる。
 紫外線の照射には、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、低圧水銀ランプ、エキシマUVランプなどを用いることができ、これらのうち、紫外線の波長が150nm以上480nm以下の光を豊富に含む紫外線源が用いられる。
 なお、紫外線の積算光量は、以下のように定義される。
紫外線積算光量[mJ/cm]=紫外線強度[mW/cm]×照射時間[s]
 紫外線の積算光量の調節は、照射時間や、ランプ出力や、ランプと被照射体との距離で行うことが可能である。また、照射時間内で積算光量に勾配をつけてもよい。
 低圧水銀ランプを用いる場合、紫外線の積算光量は、紫外線積算光量計UIT-150-AやUVD-S254(いずれも商品名、ウシオ電機(株)製)を用いて測定することができる。また、エキシマUVランプを用いる場合、紫外線の積算光量は、紫外線積算光量計UIT-150-AやVUV-S172(いずれも商品名、ウシオ電機(株)製)を用いて測定することができる。
 図3に表面層の形成工程における反応スキームを示す。弾性層の表面に塗布されたコーティング液中には、加水分解縮合物として、カチオン重合可能な基としてグリシドキシプロピル基を有し、かつ、酸化チタン粒子と化学結合したシラン化合物が含まれている。このような加水分解縮合物のグリシドキシプロピル基は、カチオン重合触媒(図3中、R+ Xと記載)の存在下で、エポキシ環が開環し、連鎖的に重合していく。その結果、酸化チタン微粒子が結合してなるポリシロキサンからなる表面層が形成される。なお、図3中、nは1以上の整数を示す。このように、本発明に係る表面層においては、酸化チタン微粒子が単にバインダー中に分散して存在しているのではなく、ポリシロキサンに化学的に結合させられている。そのため、酸化チタン微粒子は、表面層から脱落し難い。
 電子写真感光体との当接ニップを十分に確保するために設けた導電性弾性層の機能を十分に発揮させる観点から、帯電部材の表面層の弾性率は10GPa以下であることが好ましい。一方、一般的に、層の弾性率を小さくするほど架橋密度が低下する傾向にあるため、帯電部材の表面にブリードアウトした低分子量成分による電子写真感光体の表面の汚染を抑制する観点から、帯電部材の表面層の弾性率は0.1GPa以上であることが好ましい。
 また、表面層の層厚は、厚いほど上記の低分子量成分のブリードアウトの抑制効果が大きい。その一方で、表面層の層厚が厚いと、帯電部材の帯電能が低下していく。そのため、表面層の層厚の目安としては、0.005μm以上1.000μm以下、特には0.010μm以上0.600μm以下が好ましい。表面層の層厚を上記範囲内とすることで、表面層の形成の際のコーティング剤中の溶剤の揮発を早くすることができるため、表面層への層厚や物性へのムラの発生の抑制効果もある。さらには、非相溶状態の混合物を含む厚膜の乾燥の際に生じうる、相分離が生じにくい。
 表面層の層厚の確認には、帯電部材の表面部位をカミソリで削ぎ、液体窒素につけ、破断させた後に、その断面を走査型電子顕微鏡(SEM)(日本電子(株)製)で約20000倍の倍率で確認できる。
 また、帯電部材の表面へのトナーや外添剤の固着を抑制する観点から、帯電部材の表面(表面層の表面)の十点平均粗さ(Rzjis)は10μm以下、特には、7μm以下、更には、3μm以上5μm以下が好ましい。
 帯電部材の長期間の使用、もしくはプロセススピードを速くして使用した場合、トナーやトナーに含まれる外添剤が表面に固着しやすくなる。それにより帯電ムラが発生し、画像を出力した際に細かいスジ状の画像不良が現れる。
 固着を防ぐには該固着成分との親和性がない表面層を形成することが有効であり、その指標として本発明においては表面自由エネルギーを使用している。前述の特許文献2のように表面自由エネルギーを下げるとトナーなどが固着しにくいことがわかっており、その値は低いほど良い。具体的には30mJ/m以下、特には、25mJ/m以下が好ましい。
 ただし、固着成分と帯電部材の親和性により固着の程度が変わってくるため、トナーの種類を変更した際にはこの範囲の限りではない。本発明において評価用のカートリッジに使用したトナーの表面自由エネルギーが約40mJ/mであることから前述の範囲を好ましいとしたものである。
 本発明に係る帯電部材の比誘電率の下限としては、8以上、特には10以上が好ましい。また、上限値は、酸化チタンの比誘電率(100)以下である。
 〔プロセスカートリッジ及び電子写真装置〕
 図2に、本発明の帯電部材を有するプロセスカートリッジを備えた電子写真装置の概略構成の一例を示す。図2において、円筒状の電子写真感光体1は、軸2を中心に矢印方向に所定の周速度で回転駆動される。電子写真感光体としては、支持体および支持体上に形成された無機感光層もしくは有機感光層を有するものが一般的である。また、電子写真感光体は表面層として電荷注入層を有するものであってもよい。電子写真感光体1の表面は、本発明の帯電部材3(図2においてはローラ形状の帯電部材)が接触して配置されているので、正または負の所定電位に均一に帯電される。次いで、スリット露光やレーザービーム走査露光の如き露光手段(不図示)から出力される露光光(画像露光光)4を受けることで、電子写真感光体1の表面に、目的の画像に対応した静電潜像が順次形成される。 
 帯電部材3による電子写真感光体1の表面帯電の際、帯電部材3には、電圧印加手段(不図示)から直流電圧のみの電圧あるいは直流電圧に交流電圧を重畳した電圧が印加される。後述の実施例においては、帯電部材には直流電圧のみの電圧(-1000V)を印加した。また、後述の実施例において、暗部電位は-500V、明部電位は-100Vとした。
 電子写真感光体1の表面に形成された静電潜像は、現像手段5の現像剤に含まれるトナーにより現像(反転現像もしくは正規現像)されてトナー像となる。次いで、電子写真感光体1の表面に形成担持されているトナー像が、転写手段(転写ローラなど)6からの転写バイアスによって、転写材(紙など)Pに順次転写されていく。なお、転写材Pは、転写材供給手段(不図示)から電子写真感光体1と転写手段6との間(当接部)に電子写真感光体1の回転と同期して取り出されて給送される。
 現像手段としては、例えば、ジャンピング現像手段、接触現像手段および磁気ブラシ手段などが挙げられるが、トナーの飛散性改善の観点から、接触現像手段が好ましく、後述の実施例においては、接触現像手段を採用した。また、転写ローラとしては、支持体上に中抵抗に調整された弾性樹脂層を被覆してなるものが例示される。トナー像の転写を受けた転写材Pは、電子写真感光体1の表面から分離されて定着手段8へ導入されて像定着を受けることにより画像形成物(プリント、コピー)として装置外へプリントアウトされる。両面画像形成モードや多重画像形成モードの場合、この画像形成物は、不図示の再循環搬送機構に導入されて転写部へ再導入される。トナー像転写後の電子写真感光体1の表面は、クリーニング手段(クリーニングブレードなど)7によって転写残りの現像剤(トナー)の除去を受けて清浄面化される。さらに、前露光手段(不図示)からの前露光(不図示)により除電処理された後、繰り返し画像形成に使用される。なお、帯電手段が接触帯電手段である場合は、前露光は必ずしも必要ではない。上述の電子写真感光体1、帯電部材3、現像手段5、転写手段6およびクリーニング手段7などの構成要素のうち、複数のものを容器に納めてプロセスカートリッジとして一体に結合して構成することができる。そして、このプロセスカートリッジを複写機やレーザービームプリンターの如き電子写真装置本体に対して着脱可能に構成してもよい。図2では、電子写真感光体1、帯電部材3、現像手段5およびクリーニング手段7を一体に支持してカートリッジ化して、電子写真装置本体のレールの如き案内手段10を用いて、電子写真装置の本体に着脱可能なプロセスカートリッジ9としている。
 以下に、具体的な実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。なお、実施例中の「部」は「質量部」を意味する。
 合成例A;酸化チタン粒子の製造例
 (合成例A-1)
 0.02モル/Lに調整した水酸化ナトリウム水溶液300gに酸化チタン微粒子(MT-500B、テイカ(株)、平均粒子径35nm)7gを添加した。70℃で12時間攪拌した後に室温まで冷却し蒸留水で洗浄した。ろ過後100℃オーブン内にて一晩乾燥させ、メノウ乳鉢を用いて粉砕した。続いて1モル/L硝酸水溶液150gに対して前述のアルカリ処理をした酸化チタン微粒子を5g添加した。70℃で2時間攪拌し、室温まで冷却し蒸留水で洗浄した。この酸処理を3回繰り返し、ろ過した後に100℃オーブン内にて一晩乾燥させ、メノウ乳鉢を用いて粉砕した。この酸処理後の酸化チタン微粒子を酸化チタン粒子No.1と称する。
 [評価A1]結晶性
 得られた酸化チタン粒子No.1について、X線回折装置(商品名;RINT TTRII、株式会社リガク(RIGAKU Corporation)製)を用いて結晶性の評価を行った。アルカリまたは酸による処理後も結晶構造を維持しているか否かを、ルチル型結晶のX線回折パターンの強度から、未処理の酸化チタン微粒子と比較し、下記の基準で評価した。
A;検出強度80~100%維持。
B;検出強度40~79%維持。
C;検出強度0~39%維持。
 [評価A2]酸化チタン粒子の表面水酸基量の測定
 酸化チタン粒子No.1について、熱分析装置(商品名;Thermo plus TG8120、株式会社リガク製)を用いて、酸化チタン粒子No.1を加熱したときの重量減少を測定し、150℃以上での重量減少が水酸基の脱水縮合に起因する水の脱離として、水酸基量を計算した。測定は、窒素雰囲気下で、温度150℃までは、毎分10℃で昇温し、温度150℃で1時間保持し、次いで、温度150℃から温度500℃までは、毎分5℃で昇温し、温度500℃で1時間保持した。
 (合成例A-2)
 上記合成例A-1において、アルカリ処理と酸処理の条件を水酸化ナトリウム水溶液1.0モル/L、硝酸水溶液3.0モル/Lに代え、その他の条件は合成例A-1と同様にして酸化チタン粒子No.2を合成し、評価した。
 (合成A-3)
 上記合成例A-1において、アルカリ処理および酸処理の各々を、水酸化ナトリウム水溶液0.01モル/L、および硝酸水溶液0.1モル/Lに代えた以外は合成例A-1と同じ操作を行って酸化チタン粒子No.3を合成し、評価した。
 (実験例A-4)
 上記合成例A-1において、酸化チタン微粒子(MT-500B)の代わりに酸化チタン微粒子(MT-150、テイカ(株)、平均粒子径15nm)用いた。それ以外は、合成例A-1と同様にして酸化チタン粒子No.4を合成し、評価した。
 (合成例A-5)
 上記合成例A-1において、酸化チタン微粒子(MT-500B)の代わりに酸化チタン微粒子(STR-100N、堺工業化学(株)、平均粒子径100nm)用いた。それ以外は、合成例A-1と同様にして酸化チタン粒子No.5を合成し、評価した。
 (合成例A-6)
 上記合成例A-1において、アルカリ処理は行わない以外は、合成例A-1と同様にして酸化チタン粒子No.6を合成し、評価した。
 酸化チタン粒子No.1~6の評価結果を下記表1に示す。
また、レファレンスとして、酸化チタン粒子No.1の原料として用いた酸化チタン粒子(商品名:MT-500B、テイカ(株)製)を評価した結果も併せて表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 (合成例B)加水分解縮合物の合成
 (合成例B-1)
 下記表2に示す成分を100mlのナスフラスコ中で混合した後、室温で30分攪拌した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 続いて120℃に設定したオイルバスの中で20時間加熱還流を行いながら攪拌することによって、加水分解性シラン化合物と酸化チタンNo.1を反応させて、加水分解縮合物B-1を得た。一連の攪拌は500rpmで行った。Ti/Si=1.0であった。
 加水分解縮合物B-1の理論固形分(加水分解性シラン化合物が全て脱水縮合したと仮定した時のポリシロキサン重合物+酸化チタンの、溶液全重量に対する質量比率)は28.0質量%である。なお、イオン交換水は、それ以外の材料を全て混合し攪拌している中に滴下して加えた。 
 加水分解縮合物B-1の実質固形分は29.1質量%であった。実質固形分は、数gの加水分解縮合物B-1を200℃のオーブンで30分加熱することにより測定する。この加熱により得られる実質固形分と理論固形分の差より加水分解縮合物B-1に残存している未反応のモノマー(残モノマー)量を算出することができる。
 〔評価B〕縮合物の液外観の評価
 加水分解縮合物B-1を室温で1ヶ月静置し、その外観を目視にて観察し、以下の基準で評価した。ここで、酸化チタンが加水分解性シラン化合物と十分に反応した場合、加水分解縮合物中における酸化チタンの分散性が保たれるため、沈殿が生じにくい。一方、酸化チタンと加水分解性シラン化合物との反応が不十分であった場合、相分離が進み、また、酸化チタン粒子の沈殿が生じる。したがって静置後の加水分解縮合物の外観を観察することでシラン化合物と酸化チタンとの反応の程度を簡易に判断できる。結果を表4-1に示す。
 A;沈殿なし、液は均一に白濁。
 B;沈殿あり、液は均一に白濁。
 C;沈殿あり、液は不均一に白濁(上部は透明度が高い)。
 (合成例B-4、B-6、B-7、B-12~B-14)
 下記表3に示した組成とした以外は、上記合成例B-1と同様にして加水分解縮合物B-4、B-6、B-7、B-12~B-14を調製し、評価した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 (合成例B-2~B-3)
 合成例B-1において、酸化チタン粒子No.1を、酸化チタン粒子No.2または酸化チタン粒子No.3に変えた以外は、合成例B-1と同じ操作により、加水分解縮合物B-2~B-3を調製し、評価した。
 (合成例B-5)
 合成例B-4において、酸化チタン粒子No.2を、酸化チタン粒子No.3に変えた以外は合成例B-4と同じ操作を行って加水分解縮合物B-5を調製し、評価した。
 (合成例B-8)
 合成例B-7において、酸化チタン粒子No.2を、酸化チタン粒子No.3に変えた以外は合成例B-4と同じ操作を行って加水分解縮合物B-8を調製し、評価した。
 (合成例B-9~B-11)
 合成例B-1において、酸化チタン粒子No.1を、酸化チタン粒子No.4、酸化チタン粒子No.5または酸化チタン粒子No.6に変えた以外は合成例B-1と同じ操作を行って加水分解縮合物B-9~B-11を調製し、評価した。
 加水分解性縮合物B-1~B-14の評価結果を下記表4-1~表4-2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 (合成例b-1)
 合成例B-1において、酸化チタン粒子No.1に代えて、表面処理を行わない酸化チタン粒子(商品名:MT-500B、テイカ(株)社製)を用いた以外は、合成例B-1と同じ操作を行って加水分解縮合物b-1を調製し、評価した。
 (合成例b-2)
 合成例B-4において、酸化チタン粒子No.2に代えて、表面処理を行わない酸化チタン粒子(商品名:MT-500B、テイカ(株)社製)を用いた以外は、合成例B-1と同じ操作を行って加水分解縮合物b-2を調製し、評価した。
 (合成例b-3)
 合成例B-7において、酸化チタン粒子No.2に代えて、表面処理を行わない酸化チタン粒子(商品名:MT-500B、テイカ(株)社製)を用いた以外は、合成例B-1と同じ操作を行って加水分解縮合物b-3を調製し、評価した。
 加水分解性縮合物b-1~b-3の評価結果を下記表4-3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 (実施例1)
 〔1〕導電性弾性層の形成及び評価
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
 上記表5に示した材料を6リットルの加圧ニーダー(商品名:TD6-15MDX、トーシン社製)にて、充填率70体積%、ブレード回転数30rpmで24分混合して、未加硫ゴム組成物を得た。この未加硫ゴム組成物174質量部に対して、加硫促進剤としてのテトラベンジルチウラムジスルフィド[商品名:サンセラーTBZTD、三新化学工業(株)製]4.5部、加硫剤としての硫黄1.2部を加えた。そして、ロール径12インチのオープンロールで、前ロール回転数8rpm、後ロール回転数10rpm、ロール間隙2mmで、左右の切り返しを合計20回実施した。その後、ロール間隙を0.5mmとして薄通し10回を行い、弾性体層用の混練物Iを得た。
 次に、直径6mm、長さ252mmの円柱形の鋼製の支持体の表面をニッケルメッキ加工したものを軸芯体として用意した。この軸芯体の、円柱面軸方向中央を挟んで両側115.5mmまでの領域(あわせて軸方向幅231mmの領域)に、金属およびゴムを含む熱硬化性接着剤(商品名:メタロックU-20、(株)東洋化学研究所製)を塗布した。これを30分間温度80℃で乾燥させた後、さらに1時間温度120℃で乾燥させた。
 混練物Iを、クロスヘッドを用いた押出成形によって、上記接着層付き支持体を中心として、同軸状に外径8.75~8.90mmの円筒形に同時に押出し、端部を切断して、支持体の外周に未加硫の導電性弾性層を積層した導電性弾性ローラを作製した。押出機はシリンダー径70mm、L/D=20の押出機を使用し、押出時の温調はヘッドの温度を90℃とし、シリンダーの温度を90℃とし、スクリューの温度を90℃とした。
 次に上記ローラを異なる温度設定にした2つのゾーンをもつ連続加熱炉を用いて加硫した。第1ゾーンを温度80℃に設定し、30分で通過させ、第2ゾーンを温度160℃に設定し、こちらも30分通過させ、加硫されたゴムローラを得た。
 次に、上記ゴムローラの弾性層の幅方向両端部を切断し、弾性層の幅を232mmとした。その後、弾性層の表面を回転砥石で研磨した。研磨条件は、ゴムローラの回転数を333rpmとし、砥石の回転数を2080rpmとした。また、研磨時間は12secであった。これにより、端部直径8.26mm、中央部直径8.50mmのクラウン形状を有し、振れが18μmの弾性ローラ-1を得た。なお、弾性層の表面の十点平均粗さ(Rzjiis)は5.5μm、マイクロゴム硬度は、73度であった。マイクロゴム硬度は、マイクロゴム硬度計(商品名:MD-1capaタイプA、高分子計器(株)社製、)を用いて、測定環境25℃、55%RHにて、ピークホールドモードで測定した値である。また、十点平均粗さ(Rzjis)は、日本工業規格(JIS)B0601に準拠して測定した。
 更に、振れの測定は、高精度レーザー測定機(商品名:LSM-430v、ミツトヨ(株))製)を用いて、弾性ローラー1の弾性層部分の外径を測定し、最大外径値と最小外径値の差を外径差振れとした。この測定を、弾性ローラの弾性層の幅方向の任意の5点にて行い、各点における外径差振れの算術平均値を弾性ローラ-1の振れとした。
 〔2〕表面層の形成及び評価
 100gの加水分解縮合物B-1に、光カチオン重合開始剤として芳香族スルホニウム塩[商品名:アデカオプトマーSP-150、旭電化工業(株)製]をメタノールで10質量%に希釈したものを5.21g添加した。さらにエタノールで、固形分濃度が1.3質量%となるように希釈して表面層形成用塗料-1を調製した。
 次に、弾性ローラ-1の弾性層上に、表面層形成用塗料-1を、内周の全周に吐出口を備えたドーナツ形状のリング塗工ヘッドを用いて塗布した。具体的には、弾性ローラ-1を、リング塗工ヘッドの内周部に同軸になるように保持し、リング塗工ヘッドから、表面層形成用塗料-1を、0.020ml/sのレートで吐出させつつ、弾性ローラ1に対してリング塗工ヘッドを移動させた。移動スピードは85mm/sとし、また、表面層形成用塗料-1の総吐出量は0.065mlとした。塗布終了後、弾性層上に塗布した表面層形成用塗料-1に、波長254nmの紫外線を、積算光量が9000mJ/cmとなるように照射して硬化させて表面層を形成した。紫外線の照射には低圧水銀ランプ(ハリソン東芝ライティング(株)製)を用いた。以上のようにして作製した帯電ローラ-1を用いて下記の評価(評価C-1~C-3)を行った。
 〔評価C-1〕表面層の表面自由エネルギーの算出
 接触角測定装置(商品名;接触角計CA-X ROLL型 協和界面科学(株)社製)を用いて帯電ローラ-1の表面層の表面に、純水、ジヨードメタンおよびエチレングリコールに対する接触角を測定した。具体的には、各液体を、協和界面化学(株)社製の注射針を用いて、帯電ローラ-1の表面の10ヶ所に滴下させ、表面に付着して10秒経過後の接触角を測定した。なお、滴下方向の液滴径は1.5mmとした。また、測定環境は、温度23℃、相対湿度65%とした。各液体について、10点の接触角の値のうち、最大値および最小値を除く8点の接触角の算術平均値を帯電ローラ-1の表面の各液体に対する接触角とした。次に、各液体に対する表面層の接触角を用いて、北崎・畑理論に基づいて表面自由エネルギーを算出した。なお、算出には、解析ソフトウェア(商品名:FAMAS、協和界面科学(株)社製)を用いた。
 〔評価C-2〕誘電率の測定
 1296型誘電率測定用インターフェース(商品名:1296型、ソーラトロン(Solartorn)社製)およびインピーダンスアナライザー(商品名:1260型、ソーラトロン社製)を併用して帯電ローラ-1の誘電率を測定した。印加電圧3V、測定周波数0.1Hz~1MHzとして、10Hz時の静電容量から、製膜時の膜厚を用い誘電率を算出した。
 〔評価C-3〕画像評価
 帯電ローラ-1を用いて、電子写真画像を形成し、得られた画像について評価した。すなわち、帯電ローラ-1と電子写真感光ドラムとを、これらを一体に支持するプロセスカートリッジに組み込み、このプロセスカートリッジをA4紙縦出力用のレーザービームプリンター(商品名:HP Color LaserJet 4700 Printer、HP社製)に装着した。このレーザービームプリンターの現像方式は反転現像方式であり、転写材の出力スピードは164mm/sであり、画像解像度は600dpiである。
 なお、電子写真感光ドラムは、支持体上に層厚19.0μmの有機感光層を形成してなる有機電子写真感光ドラムである。また、この有機感光層は、支持体側から電荷発生層と変性ポリカーボネート(結着樹脂)を含有する電荷輸送層とを積層してなる積層型感光層であり、この電荷輸送層は電子写真感光ドラムの表面層となっている。
 また、画像形成に用いたトナーとしては、ガラス転移温度が63℃、体積平均粒子径が6μmである重合トナーを用いた。この重合トナーは、ワックス、荷電制御剤、色素、スチレン、ブチルアクリレートおよびエステルモノマーを含む重合性単量体系を水系媒体中で懸濁重合して得られた粒子に、シリカ微粒子および酸化チタン微粒子を外添してあるトナー粒子を含んでいる。出力した電子写真画像としては、A4サイズの紙上に、サイズが4ポイントのアルファベットの「E」の文字が、印字率が1%となるように形成されるものとした。また、電子写真画像の形成は、間欠的に行った。具体的には、上記の電子写真画像を2枚出力する毎に、電子写真画像の出力を行うことなく電子写真感光ドラムを4秒間回転させ、その後に再び2枚の電子写真画像を出力するという動作を繰り返した。このようにして、合計8000枚の電子写真画像を出力した。ここで、間欠的に電子写真画像を出力することは、連続的に画像出力を行う場合と比較して、出力枚数が同じであっても、帯電ローラと電子写真感光ドラムとの摺擦回数が多いため、帯電ローラの表面は、より汚れ易くなる。なお、プロセススピードは、164mm/sとし、電子写真画像の形成は、常温常湿環境(温度25℃/湿度50%RH)、及び、高温高湿環境(温度30℃/湿度80%RH)にて行った。出力した画像の評価は、2000枚ごとに目視にて観察し、下記表6の基準にて評価した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 (実施例2~12)
 実施例1の表面層の形成に用いた表面層形成用塗料-1中の加水分解縮合物B-1を、加水分解縮合物B-2~B-12に変えた以外は、実施例1と同じ操作を行って表面層形成用塗料を調製した。そして、これらの表面層形成用塗料を用いた以外は、実施例1と同じ操作を行って帯電ローラ-2~12を得た。
 (実施例13)
 実施例1の表面層形成用塗料-1の調製の際に、エタノールによる希釈を、固形分濃度が3.0質量%となるように調整した表面層形成用塗料を調製した。この表面層形成用塗料を用いた以外は、実施例1と同じ操作を行って帯電ローラ-13を得た。
 (実施例14~15)
 実施例1の表面層の形成に用いた表面層形成用塗料-1中の加水分解縮合物B-1を、加水分解縮合物B-13~B-14に変えた以外は、実施例1と同じ操作を行って表面層形成用塗料を調製した。そして、これらの表面層形成用塗料を用いた以外は、実施例1と同じ操作を行って帯電ローラ14および帯電ローラ-15を得た。実施例1~15に係る帯電ローラの評価結果を下記表7に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
 (比較例1~3)
 実施例1の表面層の形成に用いた表面層形成用塗料-1中の加水分解縮合物B-1を、加水分解縮合物b-1~b-3に変えた以外は、実施例1と同じ操作を行って表面層形成用塗料を調製した。そして、これらの表面層形成用塗料を用いた以外は、実施例1と同じ操作を行って帯電ローラ-16~18を得た。評価結果を表8に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
101 支持体
102 導電性弾性層
103 表面層
1 電子写真感光体
2 軸
3 帯電部材
4 露光光
5 現像手段
6 転写手段
7 クリーニング手段
8 定着手段
9 プロセスカートリッジ
10 案内手段
P 転写材
 この出願は2010年8月9日に出願された日本国特許出願第2010-178735からの優先権を主張するものであり、その内容を引用してこの出願の一部とするものである。

 

Claims (7)

  1.  支持体と弾性層と表面層とを有する帯電部材であって、
     該表面層が、
    加水分解性シラン化合物と
    表面に存在する水酸基量が0.7質量%以上35質量%以下である酸化チタン粒子との反応生成物を含むコーティング剤の硬化物層である帯電部材。
  2.  前記加水分解性シラン化合物のSi原子と前記酸化チタン粒子のTi原子との原子数比Si/Tiが0.5以上10以下である請求項1に記載の帯電部材。
  3.  前記酸化チタン粒子が、アルカリ処理及び酸処理、または酸処理を施したものである、請求項1または2に記載の帯電部材。
  4.  前記加水分解性シラン化合物は、以下の式(1)及び(2)で表されるものから選ばれる1種もしくは複数種であって、そのうち少なくとも1種は式(1)の化合物である請求項1~3のいずれかの一項に記載の帯電部材:
    〔ここでRはカチオン重合可能な有機基、Zは2価の有機基、R及びRはそれぞれ独立に飽和または不飽和の炭化水素基、Rは置換または非置換のアルキル基、アリール基を示す。〕。
  5.  支持体と弾性層と表面層とを有する帯電部材の製造方法であって、加水分解性シラン化合物と表面に存在する水酸基量が0.7質量%以上35質量%以下である酸化チタン粒子との反応生成物を含むコーティング剤を該弾性層の上に塗布した後、活性化エネルギー線を照射することにより該コーティング剤を硬化させて該表面層を形成することを特徴とする帯電部材の製造方法。
  6.  電子写真感光体と、該電子写真感光体に接触して配置されている請求項1~4の何れかの一項に記載の帯電部材とを有することを特徴とする電子写真装置。
  7.  電子写真感光体と、該電子写真感光体に接触して配置されている請求項1~4の何れかの一項に記載の帯電部材とを有し、電子写真装置の本体に着脱可能に構成されていることを特徴とするプロセスカートリッジ。

     
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