WO2014091721A1 - 電子写真用部材、プロセスカ-トリッジおよび電子写真装置 - Google Patents

電子写真用部材、プロセスカ-トリッジおよび電子写真装置 Download PDF

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WO2014091721A1
WO2014091721A1 PCT/JP2013/007131 JP2013007131W WO2014091721A1 WO 2014091721 A1 WO2014091721 A1 WO 2014091721A1 JP 2013007131 W JP2013007131 W JP 2013007131W WO 2014091721 A1 WO2014091721 A1 WO 2014091721A1
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electrophotographic
surface layer
average
particles
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PCT/JP2013/007131
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雄彦 青山
谷口 智士
健一 山内
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キヤノン株式会社
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    • G03G5/04Photoconductive layers; Charge-generation layers or charge-transporting layers; Additives therefor; Binders therefor
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    • G03G21/1814Details of parts of process cartridge, e.g. for charging, transfer, cleaning, developing

Definitions

  • the present invention relates to an electrophotographic member, a process cartridge, and an electrophotographic apparatus.
  • An electrophotographic apparatus adopting an electrophotographic system mainly includes an electrophotographic photosensitive member, a charging device, an exposure device, a developing device, a transfer device, and a fixing device.
  • the charging device applies a voltage (a voltage of only a DC voltage or a voltage obtained by superimposing an AC voltage on a DC voltage) to a charging member placed in contact with or close to the surface of the electrophotographic photosensitive member to thereby apply the surface of the electrophotographic photosensitive member.
  • a charging method is adopted. From the viewpoint of stably performing charging and reducing the generation of ozone, a contact charging method is preferred in which charging is performed while the charging member is in contact with the surface of the electrophotographic photosensitive member.
  • a roller-shaped charging member hereinafter referred to as “charging roller” is preferably used.
  • Patent Literature a method in which the resin layer of the charging roller is made to contain resin particles and a convex portion is formed to make the charge uniform and improve the horizontal streaky charge unevenness image.
  • particles forming the convex portions composite particles having a spindle-shaped, columnar, or needle-shaped insulating material as mother particles and a metal oxide supported on the surface thereof are used.
  • a method has been proposed in which a convex shape interwoven with large and small is formed to improve a defective image caused by dirt or a defective image caused by defective discharge (Patent Document 2).
  • banding image having horizontal stripe-like density unevenness (hereinafter also referred to as “banding”) may be formed. That is, the followability of the charging member to the rotation of the electrophotographic photosensitive member due to contact between the electrophotographic photosensitive member and the charging member is reduced, resulting in partial unevenness in the surface potential of the electrophotographic photosensitive member. Presumed to appear as banding on the image.
  • an object of the present invention is to improve the driven rotation of the electrophotographic member with respect to the electrophotographic photosensitive member, thereby suppressing the occurrence of banding and suitable for a high-speed, high durability, high-quality electrophotographic apparatus or the like.
  • An object of the present invention is to provide an electrophotographic member that can be used for the above.
  • Another object of the present invention is to provide a process cartridge and an electrophotographic apparatus that contribute to the formation of high-quality electrophotographic images.
  • an electrophotographic member having a conductive substrate and a surface layer, the surface layer comprising a binder resin, magnesium carbonate flaky crystal particles, and calcium carbonate flaky crystal particles.
  • An end face of a card house structure formed by the crystal particles is exposed on the surface of the aggregate, and the surface of the surface layer Has a convex portion derived from the aggregate, and the surface of the convex portion has an unevenness reflecting the shape of the end face of the card house structure exposed on the surface of the aggregate.
  • a process cartridge having the above-described electrophotographic member and an electrophotographic photosensitive member and configured to be detachable from the main body of the electrophotographic apparatus.
  • an electrophotographic apparatus comprising the above-described electrophotographic member and an electrophotographic photosensitive member.
  • the driven rotation of the electrophotographic member relative to the electrophotographic photosensitive member can be further improved.
  • FIG. 1A shows a cross-sectional view of an electrophotographic member according to the present invention, and the electrophotographic member has a conductive substrate 1 and a surface layer 2 covering its peripheral surface.
  • the surface layer 2 contains a binder resin and an aggregate 4.
  • a conductive elastic layer 3 may be formed between the conductive substrate 1 and the surface layer 2.
  • FIG. 2 the fragmentary sectional view which expanded the surface vicinity of the surface layer 2 is shown.
  • convex portions derived from the aggregate 4 (hereinafter simply referred to as “convex portions”) are formed.
  • FIG. 3A shows a cross-sectional view of the electrophotographic member according to the present invention.
  • FIG. 3B shows a height profile of the convex surface obtained by enlarging a circled portion of the convex surface formed by the aggregate 4 of FIG. 3A.
  • yen of the convex part surface in FIG. 3B is a perspective view.
  • the reference line 5 shown in FIG. 3B is the reference line 5 drawn in parallel with the conductive substrate 1 shown in FIG. 3A.
  • a broken line passing through the convex surface on the outer periphery than the horizontal direction of the surface of the electrophotographic member on the reference line 5 is shown as a height profile 6.
  • the surface of the convex portion has irregularities reflecting the shape of the card house structure exposed on the surface of the aggregate 4.
  • Examples of the shape of the aggregate include a spherical shape as shown in FIG. 4A, a columnar shape as shown in FIG. 4B, and a tubular shape as shown in FIG. 4C.
  • the card house structure refers to a structure in which the end face and the layer face of the flaky crystal particles constituting the aggregate 4 are selectively in contact with each other.
  • the flaky crystal particles may have a wavy shape as shown in FIG. 5C or may have a non-uniform end face thickness as shown in FIG. 5D.
  • the size relationship between the flaky crystal particles is not particularly limited, and a plurality of flaky crystal particles may be in contact with one flaky crystal particle as shown in FIG. 5F. As shown in FIG. 5G, a plurality of flaky crystal particles may be in contact with each other to form a closed structure.
  • the layer surface indicates two particle surfaces facing each other with a particularly large area among crystal grains, and the end surface indicates a particle surface other than the layer surface.
  • the electrophotographic member of the present invention is in contact with the surface of the electrophotographic photosensitive member and the convex portion of the surface of the electrophotographic member in the nip with the electrophotographic photosensitive member, and has high charging performance. . Moreover, the convex part resulting from the aggregate 4 forms the unevenness
  • the surface layer reflecting the shape of the end face of the card house structure formed by flaky crystal particles is mainly in contact with the electrophotographic photosensitive member.
  • the aggregate 4 since the aggregate 4 has a structure in which the crystal particles are not completely bonded to each other and are in contact with each other at the end surface and the layer surface, the end surface and the layer surface of the crystal particles are minutely formed in contact with the electrophotographic photosensitive member. It becomes the structure which shifts. For this reason, the contact of the end face of the crystal grain with the electrophotographic photosensitive member is not a point of a part of the end face but a linear shape reflecting the shape of the end face.
  • the grip property with the electrophotographic photosensitive member is enhanced, the followability of the electrophotographic member with respect to the electrophotographic photosensitive member is improved. Therefore, the stability of the driven rotation of the electrophotographic member with respect to the electrophotographic photosensitive member can be maintained, and banding can be suppressed. Thus, it is considered that charging unevenness due to the banding can be suppressed.
  • the frictional properties can be effectively enhanced by controlling the aggregates 4 in the surface layer 2 as follows.
  • the average particle size of the flaky crystal particles of the aggregate 4 in the surface layer 2 is preferably 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, and more preferably 0.5 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less.
  • the average thickness of the flaky crystal particles is preferably 0.005 ⁇ m to 1 ⁇ m, and more preferably 0.05 ⁇ m to 0.8 ⁇ m.
  • the ratio of the average particle diameter to the average thickness of the flaky crystal particles of the aggregates in the surface layer is preferably 1.0 or more and 30 or less, and more preferably 2.0 or more and 10 or less.
  • the average particle size of the flaky crystal particles is an average value of the height and width of the layer surface of the flaky crystal particles.
  • the average height of the aggregates 4 in the surface layer 2 is preferably 1 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less, and more preferably 5 ⁇ m or more and 25 ⁇ m or less.
  • the average height of the aggregates 4 is an average value of the heights of the aggregates 4 in the portion of the surface layer 2 where the highest convexity formed by one aggregate 4 is formed.
  • the aspect ratio which is the ratio of the average length to the average height of the aggregates 4 in the surface layer 2, is preferably 1 or more and 30 or less, and more preferably 1.5 or more and 15 or less.
  • the average length of the aggregate 4 is an average value of the lengths of the longest aggregate 4 orthogonal to the average height in one aggregate 4. This is because a convex portion is formed on the surface layer, and the contact due to the concave and convex reflecting the card house structure becomes more continuous at the contact portion with the electrophotographic photosensitive member on the convex portion. Therefore, the characteristics can be exhibited more effectively.
  • the dynamic friction coefficient ⁇ of the surface of the electrophotographic member can be used as an index of the driven rotational property of the electrophotographic member with respect to the electrophotographic photosensitive member.
  • the dynamic friction coefficient ⁇ is preferably in the range of 0.15 to 0.45. By setting this range, the driven rotation of the electrophotographic member relative to the electrophotographic photosensitive member is stabilized. Therefore, when this electrophotographic member is used as a charging member, banding can be suppressed.
  • a method for measuring the dynamic friction coefficient ⁇ on the surface of the electrophotographic member will be described in detail later.
  • Binder resin As the binder resin used for the surface layer 2, a known binder resin can be employed.
  • a resin such as a thermosetting resin or a thermoplastic resin can be used.
  • the binder resin include fluorine resin, polyamide resin, acrylic resin, polyurethane resin, acrylic urethane resin, silicone resin, butyral resin, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Further, monomers of these resins may be copolymerized and used as a copolymer.
  • At least one resin selected from the group consisting of a urethane resin, an acrylic resin, and a polyamide resin is preferable to use. This is because it is possible to more easily control adhesion and friction with the electrophotographic photosensitive member.
  • the surface layer may be formed by adding a crosslinking agent or the like to the prepolymerized binder resin material and curing or crosslinking.
  • the aggregate 4 added to the surface layer 2 of the present invention comprises an aggregate of at least one crystal particle selected from the group consisting of flaky crystal particles of magnesium carbonate and flaky crystal particles of calcium carbonate.
  • Magnesium carbonate and calcium carbonate each have a Mohs hardness of 3 or more and 4 or less, and are materials capable of forming flaky crystal particles.
  • the member in contact with the electrophotographic member is hardly damaged. Furthermore, since the agglomerate itself is not worn even when the friction with the member in contact is increased, the durability of the electrophotographic member is also improved.
  • the shape of the aggregate is not particularly limited, and examples thereof include a spherical shape as shown in FIG. 4A, a columnar shape as shown in FIG. 4B, and a tubular shape as shown in FIG. 4C. Among these, it is preferable to have a columnar shape or a tubular shape.
  • the area of the convex portion that comes into contact with the electrophotographic photosensitive member is increased, and a continuous card house structure can be brought into contact with the electrophotographic photosensitive member. It can be expressed.
  • a tubular shape is more preferable. This is because the apparent specific gravity of the aggregate can be reduced by making the shape tubular, so that the aggregate 4 is likely to be present on the surface side of the surface layer 2 in the surface layer 2. Therefore, it becomes easy to form the uneven
  • the aggregate 4 can be produced by the following manufacturing method. For example, gas method using reaction of magnesium hydroxide and carbon dioxide, soda ash method using reaction of soluble magnesium salt such as magnesium chloride and sodium carbonate, charcoal using reaction of soluble magnesium salt and ammonium carbonate A cheap law is mentioned.
  • the carbonate formation reaction includes a method of producing an aggregate through an intermediate product and a method of directly producing an aggregate.
  • the method of producing an aggregate through an intermediate product is preferable. Because this method forms flaky crystal particles on the surface of the intermediate product, the end face of the card house structure by the flaky crystal particles is likely to be selectively exposed on the aggregate surface, and exhibits the above characteristics. This is because a preferable shape can be formed.
  • a method comprising three steps through an intermediate product is preferable.
  • the liquid temperature in the first step is not particularly limited. However, in this step, the liquid temperature is preferably maintained at 10 ° C. or higher and 35 ° C. or lower, more preferably 10 ° C. or higher and 30 ° C. or lower. By setting it as this temperature range, the stable hydrogencarbonate solution can be adjusted.
  • the bicarbonate solution prepared in the first step is adjusted to pH 7.5 to 11.0 to produce normal carbonate particles. Also in the second step, it is preferable to stir the reaction solution in order to ensure the uniformity of the reaction as in the case of the first step.
  • the pH is adjusted by adding an appropriate amount of a basic substance to the bicarbonate solution prepared in the first step.
  • a basic substance for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia water etc. can be mentioned. By setting it as this range, the aggregate of carbonate is stably obtained in the third step.
  • the liquid temperature in the second step is preferably 20 to 55 ° C, more preferably 30 to 55 ° C. By setting this range, an intermediate product having a uniform shape can be produced.
  • the intermediate product preferably has a minor axis of 0.5 to 10 ⁇ m and a major axis of 5 to 500 ⁇ m. By setting it as this range, the aggregate can be stably obtained in the subsequent third step.
  • the aggregate used in the present invention is presumed to form the aggregate particle shape by depositing flaky crystal particles of carbonate on the surface of the intermediate product produced in the second step.
  • the shape of the agglomerates produced in the third step in particular the minor axis and the major axis, are influenced by the minor axis and major axis of the intermediate product produced in the second step, depending on the shape of the target aggregate.
  • the pH and temperature are appropriately controlled in the second step.
  • an intermediate product having a small diameter can be obtained by setting the pH to a higher value within the above-described range, and an intermediate product having a large diameter can be obtained by setting the pH to a lower value.
  • an intermediate product having a small diameter can be obtained by setting the temperature to a higher temperature within the above-described range, and an intermediate product having a large diameter can be obtained by setting the temperature to a lower temperature. You can get things.
  • carbonate is produced by adjusting the suspension of the intermediate product obtained in the second step to pH 9.0 to 12.0 and temperature 30 to 75 ° C. Also in the third step, as in the case of the first step and the second step, it is preferable to stir the reaction liquid in order to ensure the uniformity of the reaction.
  • the temperature at which carbonate is generated in the third step is preferably 30 to 75 ° C. By setting it as this range, an aggregate can be produced stably.
  • the pH in the third step is preferably adjusted to 9.0 to 12.0. By setting it as this range, the uniformity of the aggregate can be maintained. Furthermore, the pH in the third step is preferably higher than the pH at which the intermediate product is generated in the second step. By adjusting in such a manner, it is possible to more efficiently produce a highly uniform carbonate aggregate.
  • an acidic substance or a basic substance may be added and adjusted in the third step.
  • the acidic substance include hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, acetic acid
  • examples of the basic substance include sodium hydroxide, potassium hydroxide, and aqueous ammonia.
  • the temperature and pH in the third step are preferably adjusted according to the shape of the intermediate product generated in the second step, particularly the minor axis and the major axis. Specifically, when the minor axis of the intermediate product is small, the pH and temperature in the third step are preferably low. Conversely, when the minor axis of the intermediate product is large, the pH and temperature in the third step are Higher is preferred. By adjusting in this way, the aggregate of the carbonate of a more uniform shape can be obtained.
  • the agglomerates thus produced can be made into a dry powder through a dehydration step, a washing step with an organic solvent such as alcohol, and a drying step.
  • the obtained aggregate may be used alone or in combination of two or more. Further, surface treatment, modification, introduction of functional groups and molecular chains, coating, and the like may be performed. For example, a treatment with an organic surface treatment agent such as a surfactant such as a fatty acid salt or a resinate coupling agent, or an inorganic surface treatment agent such as a phosphate or a sulfate can be given.
  • an organic surface treatment agent such as a surfactant such as a fatty acid salt or a resinate coupling agent
  • an inorganic surface treatment agent such as a phosphate or a sulfate
  • one kind or two or more kinds of fine particles may be fixed inside the aggregate 4. That is, the flaky crystal particles are aggregated so as to cover the periphery of the fine particles.
  • the following can be illustrated as fine particles fixed inside.
  • the shape of the fine particles is not particularly limited, and may be in a powder state or a suspension state.
  • the fine particles may be added before the formation of carbonate is completed in the above-described method for producing aggregates. Among these, it is preferable that the intermediate product in the agglomerate preparation process is completely precipitated.
  • the surface layer of the present invention may contain known conductive fine particles in order to develop conductivity.
  • the following can be illustrated as electroconductive fine particles.
  • Metal fine particles and fibers such as aluminum, palladium, iron, copper and silver.
  • Metal oxides such as titanium oxide, tin oxide, and zinc oxide.
  • electroconductive fine particles can be used individually or in combination of 2 or more types.
  • the conductive fine particles preferably have a volume average particle size of 0.01 ⁇ m or more and 0.9 ⁇ m or less, and more preferably 0.01 ⁇ m or more and 0.5 ⁇ m or less. Within this range, the volume resistivity of the surface layer can be easily controlled.
  • the amount of the conductive agent added to the surface layer is preferably 2 parts by mass or more and 200 parts by mass or less, more preferably 5 parts by mass or more and 100 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the binder resin. .
  • the surface of the conductive fine particles may be surface-treated.
  • the following can be illustrated as a surface treating agent.
  • Organosilicon compounds such as alkoxysilane, fluoroalkylsilane, polysiloxane and the like.
  • Oligomer or polymer compound These may be used alone or in combination of two or more.
  • Examples of the method for forming the surface layer include a method of forming a coating film by applying a paint by an application method such as electrostatic spray application, dipping application, or ring application.
  • a coating solution of a conductive resin composition in which conductive fine particles, aggregates, and the like are dispersed in a binder resin is prepared and applied.
  • a solvent may be further used.
  • the solvent may be any solvent that can dissolve the binder resin.
  • alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol and the like.
  • Ketones such as acetone, methyl ethyl ketone and cyclohexanone.
  • Amides such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide and the like.
  • Sulfoxides such as dimethyl sulfoxide.
  • Ethers such as tetrahydrofuran, dioxane, ethylene glycol monomethyl ether and the like.
  • Esters such as methyl acetate and ethyl acetate.
  • Aromatic compounds such as xylene, chlorobenzene and dichlorobenzene.
  • petroleum ether such as ligroin.
  • known solution dispersing means such as a ball mill, a sand mill, a paint shaker, a dyno mill, and a pearl mill can be used.
  • a dispersion component other than the aggregate such as conductive fine particles
  • a binder resin together with glass beads having a diameter of 0.8 mm and dispersed using a paint shaker disperser.
  • the glass beads are then removed and agglomerates are added and dispersed similarly.
  • the dispersion time is preferably 2 minutes or longer and within 30 minutes.
  • a coating film is formed on the conductive substrate or the like by a method such as dipping coating.
  • This coating film is dried at a temperature of 20 to 50 ° C., particularly at a temperature of 30 to 50 ° C. Thereafter, treatment such as curing or crosslinking may be performed.
  • the above-described dispersing means can be used as a method for dispersing the binder resin, conductive fine particles, aggregates and the like in the coating solution.
  • the surface layer needs to have a surface on which convex portions derived from aggregates are formed, it is preferable that the surface layer be thin.
  • the film thickness in the flat part not including aggregates of the surface layer is preferably 50 ⁇ m or less, and more preferably 30 ⁇ m or less. Therefore, from the viewpoint of the film thickness of the surface layer and the adhesion between the binder resin and the agglomerates, it is preferable that the surface layer is formed by coating by a coating method using a solvent. The film thickness of each layer can be measured by cutting the cross section of the charging member with a sharp blade and observing with an optical microscope or an electron microscope.
  • Aggregate 4 may be covered with the surface layer or exposed from the surface layer. Moreover, it is preferable that it is 2 mass parts or more and 200 mass parts or less with respect to 100 mass parts of binder resin in the surface layer, and it is 15 mass parts or more and 100 mass parts or less. Further preferred. By setting it as this range, the convex part by an aggregate can be formed more easily.
  • the surface state of the surface layer is controlled as follows by the formation of the convex portions.
  • the ten-point average surface roughness Rz is preferably 2 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less, and more preferably 3 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less. By setting this range, the charging performance can be enhanced and the effect of uniform charging can be sufficiently exhibited.
  • the average unevenness interval of the unevenness reflecting the card house structure is preferably 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, and more preferably 0.15 ⁇ m or more and 2 ⁇ m or less.
  • corrugation reflecting the card house structure can contact with an electrophotographic photoreceptor with high density. Therefore, the grip property at the time of contact of unevenness reflecting the card house structure is further enhanced, and the characteristics of the present invention can be effectively exhibited.
  • corrugation reflecting the 10-point average surface roughness Rz and card house structure of a surface layer is explained in full detail behind.
  • the surface layer may be subjected to a surface treatment.
  • the surface treatment include a surface processing treatment using ultraviolet rays (UV) and electron beams (EB), and a surface modification treatment for attaching and / or impregnating a compound to the surface.
  • UV ultraviolet rays
  • EB electron beams
  • the surface layer of the present invention may contain an ionic conductive agent or insulating particles in addition to the conductive fine particles.
  • Inorganic ionic substances such as lithium perchlorate, sodium perchlorate, and calcium perchlorate.
  • Cationic surfactants such as lauryltrimethylammonium chloride, stearyltrimethylammonium chloride, octadecyltrimethylammonium chloride, dodecyltrimethylammonium chloride, hexadecyltrimethylammonium chloride, trioctylpropylammonium bromide, modified aliphatic dimethylethylammonium ethosulphate.
  • Zwitterionic surfactants such as lauryl betaine, stearyl betaine, and dimethylalkyl lauryl betaine.
  • Quaternary ammonium salts such as tetraethylammonium perchlorate, tetrabutylammonium perchlorate, and trimethyloctadecylammonium perchlorate.
  • Organic acid lithium salts such as lithium trifluoromethanesulfonate. These can be used alone or in combination of two or more.
  • insulating particles include the following. Zinc oxide, tin oxide, indium oxide, titanium oxide (titanium dioxide, titanium monoxide, etc.), iron oxide, silica, alumina, magnesium oxide, zirconium oxide, strontium titanate, calcium titanate, magnesium titanate, barium titanate, Calcium zirconate, barium sulfate, molybdenum disulfide, calcium carbonate, magnesium carbonate, dolomite, talc, kaolin clay, mica, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, zeolite, wollastonite, diatomaceous earth, glass beads, bentonite, montmorillonite , Hollow glass spheres, organometallic compounds and organometallic salt particles. Iron oxides such as ferrite, magnetite, and hematite, and activated carbon. The particle
  • grains which consist of a high molecular compound are mentioned.
  • the surface layer may further contain a release agent in order to improve the release property.
  • a release agent in the surface layer, it is possible to prevent dirt from adhering to the surface of the charging member and improve the durability of the charging member.
  • the release agent is a liquid, it also acts as a leveling agent when forming the surface layer.
  • the conductive substrate is conductive and has a function of supporting a surface layer or the like provided thereon.
  • the material include metals such as iron, copper, stainless steel, aluminum, and nickel, and alloys thereof.
  • plating treatment may be performed within a range not impairing conductivity.
  • a resin substrate whose surface is made conductive by coating the surface with a metal, or a substrate manufactured from a conductive resin composition can be used.
  • the adhesive is preferably conductive.
  • the adhesive may have a known conductive agent.
  • binder resin for the adhesive examples include thermosetting resins and thermoplastic resins, and known urethane, acrylic, polyester, polyether, and epoxy resins can be used.
  • a conductive agent for imparting conductivity to the adhesive can be appropriately selected from the conductive fine particles and the ionic conductive agent, and can be used alone or in combination of two or more.
  • a conductive elastic layer may be formed between the conductive substrate and the surface layer.
  • a binder resin used for the conductive elastic layer a known resin or rubber can be used.
  • resin, natural rubber, a vulcanized product thereof, synthetic rubber and the like can be mentioned.
  • a resin such as a thermosetting resin or a thermoplastic resin can be used.
  • fluorine resin polyamide resin, acrylic resin, polyurethane resin, silicone resin, butyral resin, and the like can be given.
  • Synthetic rubbers include ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), styrene-butadiene rubber (SBR), silicone rubber, urethane rubber, isoprene rubber (IR), butyl rubber, acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), chloroprene rubber (CR), Examples include acrylic rubber and epichlorohydrin rubber.
  • thermoplastic elastomers such as styrene-butadiene-styrene block copolymer (SBS) and styrene-ethylene-butylene-styrene block copolymer (SEBS) can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.
  • SBS styrene-butadiene-styrene block copolymer
  • SEBS styrene-ethylene-butylene-styrene block copolymer
  • the conductive elastic layer preferably has a volume resistivity of 10 2 ⁇ cm to 10 10 ⁇ ⁇ cm in an environment of a temperature of 23 ° C. and a relative humidity of 50%.
  • the volume resistivity of the conductive elastic layer can be adjusted by appropriately adding a conductive agent such as carbon black, conductive metal oxide, alkali metal salt, or ammonium salt into the binder resin.
  • a conductive agent such as carbon black, conductive metal oxide, alkali metal salt, or ammonium salt
  • the binder resin is a polar rubber, it is particularly preferable to use an ammonium salt.
  • the conductive elastic layer may contain additives such as softening oil and plasticizer and the above-described insulating particles in addition to adjusting the hardness and the like.
  • the conductive elastic layer can be provided by adhering to a conductive substrate, a surface layer or the like with an adhesive. It is preferable to use a conductive adhesive.
  • the electrophotographic member according to the present invention may be any member as long as it has the conductive substrate and the surface layer, and the shape thereof may be any of a roller shape, a belt shape, and the like.
  • a charging member such as a charging roller will be described in detail as an example of an electrophotographic member.
  • the average particle diameter and average thickness of the flaky crystal particles forming the aggregate were calculated from a cross-sectional photograph of the surface layer. Arbitrary convex portions on the surface layer are embedded with a carbon-based resin, then cut out with a focused ion beam (trade name: FB-2000C, manufactured by Hitachi, Ltd.) by 20 nm, and a cross-sectional image is taken with an electron microscope. . And the image which image
  • the average of the length of the longest part of the distance between the opposite end faces of the crystal particle and the length of the shortest part of the crystal particle is obtained.
  • the width of the end face was the thickness.
  • the length of the longest portion between the end faces of the crystal grains is g1
  • the shortest portion of the distance between the end faces of the crystal grains Is the length of g2.
  • the average of the length of the longest part and the length of the shortest part is (g1 + g2) / 2
  • the “width of the end face” is g3.
  • the test is performed on 10 flaky crystal particles in one aggregate. Further, the measurement was performed on any nine agglomerates having convex portions formed on the surface, and the average value of a total of 100 obtained ((10 agglomerates) ⁇ (10 flaky crystal particles)) was obtained.
  • the ratio of the average particle diameter to the calculated average thickness was calculated as a ratio.
  • This operation was performed on arbitrary 100 aggregates having convex portions formed on the surface, and the average values of the aggregates were calculated as the average height, average length, and average inner diameter of the aggregates.
  • the ratio of the average length to the calculated average height was defined as the aspect ratio.
  • Rz of electrophotographic member Measured according to JIS B 0601-1994 surface roughness standards, and performed using a surface roughness measuring instrument (trade name: SE-3500, manufactured by Kosaka Laboratory). Rz is an average value of six electrophotographic members measured at random. The cut-off value is 0.8 mm, and the evaluation length is 8 mm.
  • FIG. 6 shows a method for measuring the dynamic friction coefficient ⁇ of the surface of the electrophotographic member.
  • a weight 9 is connected to one end of a belt 8 (thickness 100 ⁇ m, width 30 mm, length 180 mm, made of polyethylene terephthalate (trade name: Lumirror S10 # 100, manufactured by Toray Industries, Inc.)).
  • a load cell 10 connected to a recorder 11 is connected to the other end of the belt 8.
  • the belt 8 is brought into contact with the electrophotographic member 7 at a predetermined angle ⁇ .
  • Friction coefficient (1 / ⁇ ) ln (F / W)
  • FIG. 7 An example of a chart obtained by the measurement method is shown in FIG.
  • the value immediately before starting the rotation of the electrophotographic member 7 (the value of the vertical axis (load) shown in FIG. 7) is the force necessary to start the rotation, and the subsequent values are necessary to continue the rotation. Power.
  • the friction coefficient obtained 10 seconds after the rotation start point was defined as the dynamic friction coefficient ⁇ of the surface of the electrophotographic member.
  • the weight of W was 100 g
  • the rotation speed of the electrophotographic member was 115 rpm
  • the measurement environment was a temperature of 23 ° C./humidity of 53% RH.
  • Production Examples 1 to 94 will be described below.
  • the details of the production examples are as follows.
  • Production Examples 1 to 42 are production examples of aggregates.
  • Production Examples 43 to 45 are production examples of unvulcanized rubber compositions R-1 to R-3.
  • Production Example 46 is a production example of composite conductive fine particles.
  • Production Example 47 is a production example of surface-treated titanium oxide particles.
  • Production Examples 48 to 94 are production examples of the surface layer coating solution.
  • the pH of the magnesium bicarbonate solution was adjusted to 7.7 and heated to raise the liquid temperature to 55.0 ° C.
  • the mixture was stirred for 60 minutes while maintaining the temperature to prepare a suspension of the intermediate product, normal magnesium carbonate a'-1.
  • SEM scanning electron microscope
  • aqueous sodium hydroxide solution is added to the suspension of columnar particles of normal magnesium carbonate to adjust the pH of the solution to 10.2, and the temperature of the solution is heated to 59.0. Raised to ° C. Thereafter, the mixture was stirred for 120 minutes while maintaining the same temperature to obtain a suspension of aggregate a-1 composed of flaky crystal particles of magnesium carbonate.
  • the average minor axis was 20.0 ⁇ m
  • the average inner diameter was 10.0 ⁇ m
  • the average major axis was 42.0 ⁇ m consisting of flaky crystal particles having an average thickness of 0.5 ⁇ m and an average particle diameter of 1.3 ⁇ m.
  • the short diameter indicates the shortest particle diameter in the aggregate
  • the long diameter indicates the longest particle diameter.
  • the shape of the aggregate is a tubular body
  • the longest particle diameter in the direction in which the cavity extends is the long diameter
  • the diameter of the aggregate at the center of the long diameter is the short diameter.
  • This normal magnesium carbonate suspension was filtered, and the solid content was washed with ion-exchanged water, and then dispersed again in 2.0 L of ion-exchanged water to remove sodium chloride as a reaction by-product from the normal magnesium carbonate. A suspension of was prepared.
  • the suspension of columnar particles of normal magnesium carbonate (pH 9.0) obtained in the first step as the second step is heated and stirred for 120 minutes while maintaining the temperature at 60 ° C. was generated.
  • the obtained product was dried and observed by SEM, it was composed of flaky crystal particles having an average thickness of 0.5 ⁇ m and an average major axis of 1.0 ⁇ m, an average minor axis of 20.0 ⁇ m, and an average It was confirmed to be a columnar magnesium carbonate aggregate having a major axis of 40.0 ⁇ m.
  • the obtained composite conductive fine particles had an average particle size of 15 nm and a volume resistivity of 1.1 ⁇ 10 2 ⁇ ⁇ cm.
  • Toluene was removed from the slurry obtained by the wet pulverization treatment by distillation under reduced pressure (bath temperature: 110 ° C., product temperature: 30-60 ° C., degree of vacuum: about 100 Torr) using a kneader, at 120 ° C. for 2 hours,
  • the surface treatment agent was baked.
  • the baked particles were cooled to room temperature and then pulverized using a pin mill to produce surface-treated titanium oxide particles.
  • the mixed solution was dispersed for 24 hours using a paint shaker disperser in the same manner as in Production Example 35 to prepare a surface layer pre-dispersion liquid B. Thereafter, 20 parts by mass of aggregate a-2 is added to 100 parts by mass of N-methoxymethylated nylon in the surface layer pre-dispersion liquid B, and dispersed for 5 minutes. Obtained.
  • the mixed solution was dispersed for 7 hours using a paint shaker disperser in the same manner as in Production Example 35 to prepare a surface layer pre-dispersion C. Thereafter, 20 parts by mass of the aggregate a-2 was added to 100 parts by mass of the acrylic resin in the surface layer pre-dispersion liquid C, and dispersed for 5 minutes to obtain a surface layer coating liquid C-1.
  • Example 1 [Conductive substrate] A thermosetting adhesive containing 10% by mass of carbon black was applied to a stainless steel substrate having a diameter of 6 mm and a length of 252.5 mm, and the dried one was used as a conductive substrate. [Conductive elastic layer] Using an extrusion molding apparatus equipped with a cross head, the outer diameter of the unvulcanized rubber composition R-1 produced in Production Example 42 was coated in a cylindrical shape coaxially with the conductive substrate as the central axis. A preform having a size of 10.0 mm was obtained.
  • This preform was heated in a hot air oven at 160 ° C. for 1 hour and vulcanized to form a conductive elastic layer on the outer periphery of the conductive substrate.
  • the end portion of the conductive coating layer was removed to obtain a roller having a conductive elastic layer having a length of 224.2 mm.
  • the outer peripheral surface of the conductive elastic layer was polished using a plunge cut type cylindrical polishing machine.
  • the conductive elastic layer having an outer diameter of 8.5 mm, a length of 224.2 mm, and a crown amount which is a difference between the outer diameter of the central portion and the outer diameter at a position 90 mm away from the central portion is 170 ⁇ m.
  • An elastic roller D-1 was obtained.
  • the surface layer coating liquid A-1 prepared in Production Example 48 was dipped onto the elastic roller D-1 once. After the coating, it was air-dried at room temperature for 30 minutes or more, and then dried with a hot air circulating dryer at 80 ° C. for 1 hour and further at 160 ° C. for 1 hour. By this method, a charging roller T-1 such as an electrophotographic member having a surface layer formed thereon was obtained.
  • the dipping coating conditions are as follows. The dipping time was 9 seconds, the pulling speed was an initial speed of 20 mm / s, a final speed of 2 mm / s, and the speed was changed linearly with respect to the time.
  • the average particle diameter of the flake-like crystal particles of the aggregate, the average thickness, the ratio of the average particle diameter to the average thickness, and the card house structure unevenness interval were evaluated by the above methods.
  • the ten-point average surface roughness Rz and the dynamic friction coefficient of the charging roller were evaluated by the above methods. The evaluation results are shown in Table 12.
  • a color laser printer (trade name: Satera LBP5400, manufactured by Canon Inc.) was used and modified so that a recording medium could be output at 200 mm / sec (A4 vertical output).
  • the resolution of the image is 600 dpi, and the primary charging output is DC voltage ⁇ 1100V.
  • the image resolution was output at 600 dpi.
  • the black process cartridge for the printer was used.
  • the electrophotographic apparatus shown in FIG. 8 has an electrophotographic photoreceptor 12, a power supply 13 for charging the charging roller 7, a charging apparatus having the charging roller 7, and exposure corresponding to image information to the electrophotographic photoreceptor 12.
  • a latent image forming device 19 that forms an electrostatic latent image
  • a developing device 14 that develops the electrostatic latent image with toner
  • a transfer device 16 that transfers the formed toner image to a transfer material 15, and a transfer toner on an electrophotographic photosensitive member
  • the cleaning device 18 includes a cleaning member 18 and a recovery container 20.
  • the fixing device 17 fixes the toner image.
  • FIG. 9 shows an example of a process cartridge.
  • the process cartridge is configured such that the electrophotographic photosensitive member 12, the charging roller 7, the developing device 14, the cleaning member 18 and the like are integrated and detachable from the main body of the electrophotographic device.
  • the attached charging roller was removed from the process cartridge, and the manufactured charging roller T-1 was set.
  • the process cartridge was conditioned for 24 hours at a temperature of 15 ° C. and a humidity of 10% RH (environment 1). Then, durability evaluation was performed in each environment. Specifically, a two-sheet intermittent durability test (printing is stopped for 3 seconds every time two sheets are printed) was performed at a process speed of 200 mm / sec.
  • Examples 2 to 47 The type of unvulcanized rubber composition and the type of surface layer coating solution were changed as shown in Table 11. Moreover, the drying after application
  • charging roller T-2 to charging roller T-47 were manufactured in the same manner as in Example 1.
  • the evaluation results are shown in Table 12 and Table 13.

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Abstract

  【課題】 電子写真装置の電子写真用部材において、帯電ムラに起因するバンディング画像の発生を抑制した電子写真用部材を提供する。 【解決手段】 本発明の電子写真用部材は、導電性の基体と表面層とを有し、表面層は、バインダー樹脂と、炭酸マグネシウムの薄片状の結晶粒子および炭酸カルシウムの薄片状の結晶粒子からなる群から選択される少なくとも1つの結晶粒子の凝集物と、を含み、凝集物の表面には、結晶粒子によって形成されたカードハウス構造の端面が露出しており、表面層の表面は、凝集物に由来する凸部を有し、凸部の表面は、凝集物の表面に露出しているカードハウス構造の端面の形状を反映してなる凹凸を有することを特徴とする。

Description

電子写真用部材、プロセスカ-トリッジおよび電子写真装置
本発明は、電子写真用部材、プロセスカ-トリッジおよび電子写真装置に関する。
電子写真方式を採用した電子写真装置は、主に、電子写真感光体、帯電装置、露光装置、現像装置、転写装置及び定着装置からなる。帯電装置は、電子写真感光体の表面に接触又は近接配置された帯電部材に電圧(直流電圧のみの電圧又は直流電圧に交流電圧を重畳した電圧)を印加することによって電子写真感光体の表面を帯電する方式が採用されている。帯電を安定に行う、及び、オゾンの発生を低減するという観点から、帯電部材を電子写真感光体の表面に接触させた状態で帯電を行う接触帯電方式が好んで用いられている。接触帯電方式の場合、ローラ形状の帯電部材(以下、「帯電ローラ」と称す)が好んで用いられている。
このように帯電ローラを接触帯電方式で用いる場合に、帯電部材の微小な抵抗値ムラや、トナー及び外添剤による帯電部材表面の汚染に起因して、横スジ状の帯電ムラ画像が発生しやすいといった課題があった。
そのような課題に対して種々の工夫がされている。その一つの方法として、帯電ローラの樹脂層に樹脂粒子を含有させ、凸部を形成させることによって、帯電を均一化し、横スジ状の帯電ムラ画像を改善する方法が提案されている(特許文献1)。
また、凸部を形成する粒子として、紡錘状又は円柱状又は針状の絶縁性材料を母粒子として、その表面に金属酸化物が担持された複合粒子を用いる。この方法により、大小織り交ぜた凸形状を構成し、汚れ起因の不良画像や放電不良に起因する不良画像を改善する方法が提案されている(特許文献2)。
特開2003-316112号公報 特開2009-9029号公報
しかしながら、帯電部材を接触帯電方式で用いる場合、上記のように帯電部材表面に凸部を形成すると、帯電部材と電子写真感光体との接触面積が減少する。そのため、電子写真感光体に対する従動回転性が低下する。これに伴い、横スジ状の濃度ムラ(以下「バンディング」とも称す)を有する電子写真画像(以下、「バンディング画像」ともいう)が形成されることがあった。すなわち、電子写真感光体と帯電部材との接触による帯電部材の電子写真感光体の回転に対する追従性が低下することにより、電子写真感光体の表面電位に部分的なムラが生じ、これが、電子写真画像上にバンディングとして現れるものと推定される。
そして、近年の、電子写真画像形成装置のプロセススピードのより一層の高速化への要求に対応するためには、電子写真感光体の回転に対する優れた追従性を有し、バンディング画像をより生じさせにくい帯電部材の開発が必要であるとの認識を本発明者らは得た。 
そこで、本発明の目的は、電子写真用部材の電子写真感光体に対する従動回転性を改善し、これにより、バンディングの発生を抑制し、高速・高耐久・高画質の電子写真装置等においても好適に用いることのできる電子写真用部材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の形成に資するプロセスカートリッジおよび電子写真装置を提供することにある。
本発明によれば、導電性の基体と表面層とを有する電子写真用部材であって、該表面層は、バインダー樹脂と、炭酸マグネシウムの薄片状の結晶粒子および炭酸カルシウムの薄片状の結晶粒子からなる群から選択される少なくとも1つの結晶粒子の凝集物とを含み、該凝集物の表面には、該結晶粒子によって形成されたカードハウス構造の端面が露出しており、該表面層の表面は、該凝集物に由来する凸部を有し、該凸部の表面は、該凝集物の表面に露出している該カードハウス構造の端面の形状を反映してなる凹凸を有する電子写真用部材が提供される。
また、本発明によれば、上記の電子写真用部材と、電子写真感光体とを有し、電子写真装置の本体に着脱可能に構成されているプロセスカートリッジが提供される。更に本発明によれば、上記の電子写真用部材と、電子写真感光体とを具備している電子写真装置が提供される。
本発明によれば、電子写真用部材の電子写真感光体に対する従動回転性をより一層向上させることができる。その結果、電子写真感光体と電子写真用部材との相対速度ムラによる帯電ムラに起因するバンディング画像の発生のより一層の抑制を図ることができる。
本発明に係る電子写真用部材(ローラ形状)の断面図である。 本発明に係る電子写真用部材(ローラ形状)の断面図である。 本発明に係る電子写真用部材の表面近傍を拡大した部分断面図である。 本発明に係る電子写真用部材の断面図である。 本発明に係る電子写真用部材の凸部表面の高さプロファイルの一例を示す図である。 本発明に係る電子写真用部材の表面層に含まれる凝集物の形状の例を示す図である。 本発明に係る電子写真用部材の表面層に含まれる凝集物の別の形状の例を示す図である。 本発明に係る電子写真用部材の表面層に含まれる凝集物のさらに別の形状の例を示す図である。 本発明に係る電子写真用部材の表面層に含まれる凝集物のカードハウス構造の形状の一例を示す図である。 本発明に係る電子写真用部材の表面層に含まれる凝集物のカードハウス構造の形状の一例を示す図である。 本発明に係る電子写真用部材の表面層に含まれる凝集物のカードハウス構造の形状の一例を示す図である。 本発明に係る電子写真用部材の表面層に含まれる凝集物のカードハウス構造の形状の一例を示す図である。 本発明に係る電子写真用部材の表面層に含まれる凝集物のカードハウス構造の形状の一例を示す図である。 本発明に係る電子写真用部材の表面層に含まれる凝集物のカードハウス構造の形状の一例を示す図である。 本発明に係る電子写真用部材の表面層に含まれる凝集物のカードハウス構造の形状の一例を示す図である。 本発明に係る電子写真用部材の表面の動摩擦係数を測定するための測定装置を示す図である。 本発明に係る電子写真用部材の表面の動摩擦係数を測定することにより得られるチャートの一例を示す図である。 本発明に係る電子写真装置の一例を表す概略断面図である。 本発明に係るプロセスカートリッジの一例を表す概略断面図である。
図1Aは本発明に係る電子写真用部材の断面図を示しており、電子写真用部材は導電性基体1と、その周面を被覆している表面層2とを有する。そして、表面層2は、バインダー樹脂、凝集物4を含有している。図1Bに示すように、導電性基体1と表面層2との間に、導電性弾性層3を形成してもよい。
図2に、表面層2の表面近傍を拡大した部分断面図を示す。表面層2の表面には、前記凝集物4に由来する凸部(以下、単に「凸部」と称す)が形成されている。
図3Aに本発明に係る電子写真用部材の断面図を示す。図3Bに、図3Aの凝集物4により形成される凸部表面の円で囲った部分を拡大した、凸部表面の高さプロファイルを示す。なお、図3B中の凸部表面の円で囲った部分の拡大図は、斜視図である。図3Bに示す基準線5は、図3Aに示す導電性基体1に平行に引いた基準線5である。図3Bにおいて、基準線5上における電子写真用部材表面の水平方向よりも外周の凸部表面を通る破線を、高さプロファイル6として示す。図3Bの高さプロファイル6に示すように、凸部の表面は、凝集物4の表面に露出しているカードハウス構造の形状を反映してなる凹凸を有する。
凝集物の形状は、図4Aに示すような球状、図4Bに示すような柱状、図4Cに示すような管状等が挙げられる。
カードハウス構造とは、図5Aから図5Gに示すように、凝集物4を構成する薄片状の結晶粒子における端面と層面が選択的に接触した構造を示す。この時、図5Bに示すように、結晶粒子の端面と層面が結合した結晶粒子形状となっているものが存在してもよい。また、薄片状の結晶粒子は、図5Cに示すように波打った形状でもよく、図5Dに示すような端面の厚みが均一でないものであってもよい。
図5Eに示すように薄片状の結晶粒子の大小関係は特に限定されず、図5Fに示すように複数の薄片状の結晶粒子が一つの薄片状の結晶粒子に接触していてもよい。図5Gに示すように、複数の薄片状の結晶粒子が互いに接触し合い閉じた構造を形成していてもよい。ここで、層面とは結晶粒子の中で面積が特に広い向かい合った2つの粒子面を示し、端面とは層面以外の粒子面を示す。
まず、本発明者らは、電子写真用部材と電子写真感光体との接触及び回転状態を詳細に観察した。本発明の電子写真用部材は、電子写真感光体とのニップ内において、電子写真感光体の表面と電子写真用部材の表面の凸部とで接触しており、高い帯電性能を有している。また、凝集物4に起因する凸部は、凝集物4の表面に露出しているカードハウス構造の形状を反映してなる凹凸を形成している。
つまり、薄片状の結晶粒子によって形成されたカードハウス構造の端面の形状を反映してなる表面層が主に電子写真感光体と接触する。ここで、凝集物4は、結晶粒子同士が完全に結合せず端面と層面で接触した構造となっているため、電子写真感光体との当接にならって結晶粒子の端面と層面が微小にずれる構成となる。そのため、結晶粒子の端面での電子写真感光体との接触が、端面の一部といった点ではなく、端面の形状を反映した線状となる。
更に、本カードハウス構造により、当接時に結晶粒子の端面と層面の接触部でずれ摩擦が生じる。そして、結晶粒子のずれにより結晶粒子同士が強く接触した状態となると互いに支え合う構造となり、結晶粒子が倒れることなく、結晶粒子端面での線状の接触状態を維持することができる。このように当接時に結晶粒子端面による線状の接触状態を維持することにより、凸部上の接触においても従動回転のための電子写真感光体に対するグリップ性が高められる。そのため、従動回転における電子写真感光体との摩擦性が高まる。
電子写真感光体とのグリップ性が高められると、電子写真用部材の電子写真感光体に対する従動回転性が向上する。従って、電子写真用部材の電子写真感光体に対する従動回転の安定性を維持することができ、バンディングを抑制することが可能となる。これにより、前記のバンディングに起因した帯電ムラを抑制することができると考察している。
本発明において、表面層2中の凝集物4を以下のように制御することで、効果的に前記摩擦性を高めることが可能となる。
表面層2中の凝集物4の薄片状の結晶粒子の平均粒径は0.1μm以上10μm以下であることが好ましく、0.5μm以上5μm以下であることがより好ましい。薄片状の結晶粒子の平均厚みは0.005μm以上1μm以下であることが好ましく、0.05μm以上0.8μm以下であることがより好ましい。表面層中の凝集物の薄片状の結晶粒子の平均厚みに対する平均粒径の比は1.0以上30以下であることが好ましく、2.0以上10以下であることがより好ましい。
「平均粒径」、「平均厚み」および「平均厚みに対する平均粒径の比」のそれぞれを前記のような数値範囲とすることで、電子写真感光体との当接時の薄片状の結晶粒子のずれと端面と層面での摩擦及び支え合いが調整され、前記の特性をより効果的に発揮する。ここで、薄片状の結晶粒子の平均粒径とは、薄片状の結晶粒子の層面における高さと幅の平均値である。
表面層2中の凝集物4の平均高さは、1μm以上30μm以下であることが好ましく、5μm以上25μm以下であることがより好ましい。凝集物4の平均高さとは、表面層2中においてある一つの凝集物4が形成する最も高い凸を形成している部分における凝集物4の高さの平均値である。
表面層2中の凝集物4の平均高さに対する平均長さの比であるアスペクト比は1以上30以下であることが好ましく、1.5以上15以下であることがより好ましい。
凝集物4の平均長さとは、ある一つの凝集物4において平均高さに直交する最も長い凝集物4の長さの平均値である。これは、表面層上に凸部を形成し、更に凸部上での電子写真感光体との接触部において、カードハウス構造を反映した凹凸による接触がより連続したものとなるためである。そのため、前記特性をより効果的に発揮することができる。
電子写真用部材の電子写真感光体に対する従動回転性の指標として、電子写真用部材表面の動摩擦係数μを用いることができる。動摩擦係数μは、0.15以上0.45以下の範囲であることが好ましい。本範囲とすることで、電子写真用部材の電子写真感光体に対する従動回転が安定する。そのため、この電子写真用部材を帯電部材として用いた場合、バンディングを抑制することが可能となる。尚、電子写真用部材表面の動摩擦係数μの測定法については、後に詳述する。
<表面層>
〔バインダー樹脂〕
表面層2に用いるバインダー樹脂としては、公知のバインダー樹脂を採用することができる。例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等の樹脂が使用できる。バインダー樹脂としては、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリルウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ブチラール樹脂等を例示することができる。これらは、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。また、これら樹脂の単量体を共重合させ、共重合体として用いても良い。
この中でも、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、およびポリアミド樹脂からなる群から選択される少なくとも1つの樹脂を用いることが好ましい。これは、電子写真感光体との密着性及び摩擦性の制御を、より容易に行うことができるためである。
表面層は、プレポリマー化したバインダー樹脂の原料に架橋剤等を添加し、硬化または架橋することによって形成してもよい。
〔凝集物〕
本発明の表面層2に添加する凝集物4は、炭酸マグネシウムの薄片状の結晶粒子および炭酸カルシウムの薄片状の結晶粒子からなる群から選択される少なくとも1つの結晶粒子の凝集物からなる。炭酸マグネシウム及び炭酸カルシウムは、それぞれモース硬度が3以上4以下であり、薄片状の結晶粒子を形成することが可能な材料である。結晶粒子をこの硬度範囲とすることで、本発明の電子写真用部材により電子写真感光体や本発明の電子写真用部材に接触する相手を傷つけることを抑制し、また電子写真用部材自体の表面が、摩耗してしまうことを抑制する。
また、電子写真用部材と接触する相手との接触と開放の繰り返しにおいても、電子写真用部材と接触している部材を傷つけにくい。さらに、接触している部材との摩擦が高められた状態であっても凝集物自体が摩耗してしまうことがないため、電子写真用部材の耐久性も向上する。凝集物4の表面には、図5Aから図5Gに示すような、薄片状の結晶粒子によって形成されたカードハウス構造の端面が露出している。凝集物の形状は、特に限定されず、図4Aに示すような球状、図4Bに示すような柱状、図4Cに示すような管状等といった形状が挙げられる。この中でも、柱状、管状の形状を有することが好ましい。
このような形状とすることで、凸部の電子写真感光体に接触する部分の面積が大きくなり、連続したカードハウス構造が電子写真感光体に接触可能なため、効果的に本発明の効果を発現できる。
更に、管状の形状とすることがより好ましい。これは、形状を管状とすることにより凝集物の見かけの比重を小さくすることができるため、表面層2中で、凝集物4が表面層2のより表面側に存在しやすくなる。そのため、凸部においてカードハウス構造に由来する凹凸形状が形成されやすくなり、本発明の効果を十分に発揮することが可能となる。
凝集物の市販品の具体例としては、管状の塩基性炭酸マグネシウム(商品名:マグチューブ、日鉄鉱業社製)等が挙げられる。凝集物4は、以下の製法によって作製することができる。例えば、水酸化マグネシウムと炭酸ガスとの反応を利用したガス法、塩化マグネシウム等の可溶性マグネシウム塩と炭酸ナトリウムとの反応を利用したソーダ灰法、可溶性マグネシウム塩と炭酸アンモニウムとの反応を利用した炭安法などが挙げられる。
これらの製法の中で、製造条件として、反応の温度、pHを調整することにより、カードハウス構造の端面が表面に露出した形状の凝集物を作製することができる。これは、薄片状の結晶粒子が生成される過程において、温度により結晶成長の速度を、pHにより結晶粒子の端面と層面の電荷を制御することにより、結晶粒子の端面同士、あるいは、層面同士が電気的に反発し、層面と端面が接触するように結晶成長する。
このようにして、カードハウス構造の端面が表面に露出した形状の凝集物が作製されるものと推察する。上記のいずれの製法においても、炭酸塩の生成反応は、中間生成物を経て凝集物を作製する方法と、凝集物を直接作製する方法とがある。この中でも、中間生成物を経て凝集物を作製する方法が好ましい。なぜなら、この方法は、中間生成物の表面に薄片状の結晶粒子を形成させるため、薄片状の結晶粒子によるカードハウス構造の端面が凝集物表面に選択的に露出しやすく、上記特性を発揮するために好ましい形状を形成することができるためである。
球状の凝集物を得たい場合には、高温域で凝集物を生成させる条件を用いるのがよい。柱状の凝集物を得たい場合には、比較的低温域で凝集物を生成させる条件を用いるのがよい。
管状の凝集物4を得るためには、中間生成物を経る三つの工程からなる方法が好ましい。例えば、以下の三つの工程を経た方法が挙げられる。水酸化物懸濁液に二酸化炭素含有ガスを導入することによって炭酸水素塩溶液を調製する第1工程。該炭酸水素塩溶液のpHを調節して中間生成物を生成させる第2工程。該中間生成物の懸濁液のpHを高め、かつ温度を調節し、その温度を維持することにより炭酸塩を生成させる第3工程である。
第1工程の液温については特に限定されない。ただ、この工程においては、液温を10℃以上35℃以下に保持することが好ましく、10℃以上30℃以下に保持することがより好ましい。この温度範囲とすることにより、安定した炭酸水素塩溶液を調整することができる。
また、第1工程後、未反応の水酸化物やその他の不純分などの不溶解残渣を除去することが好ましい。この作業により、不純分の少ない炭酸水素塩溶液を調製することができ、第3工程において、純度が高くかつ粒子の均一性の高い炭酸塩を得ることができる。
第2工程においては、第1工程で調製した炭酸水素塩溶液を、pH7.5~11.0に調節して正炭酸塩の粒子を生成させる。この第2工程においても、第1工程の場合と同様に反応の均一性を確保するため反応液の撹拌を行うことが好ましい。
この第2工程においては、第1工程において中性域に移行したpHをアルカリ性まで高めることが必要である。そのために第1工程で調製した炭酸水素塩溶液に、適当量の塩基性物質を添加することによってpH調節する。ここで使用する塩基性物質としては、特に限定はなく、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア水等を挙げることができる。この範囲とすることで、第3工程において安定して炭酸塩の凝集物が得られる。
また、第2工程の液温については、20~55℃にすることが好ましく、30~55℃にすることがより好ましい。この範囲とすることで、均一な形状の中間生成物を作製できる。
第2工程では、pH及び温度を調節して、中間生成物の生成が終了するまで反応を継続させ、中間生成物を生成させる。中間生成物の形状としては、短径が0.5~10μm、長径が5~500μmのものが好ましい。この範囲とすることで、後の第3工程において、安定して凝集物が得られる。
本発明で使用される凝集物は、第2工程で生成する中間生成物の表面に炭酸塩の薄片状の結晶粒子が析出することによって、凝集物の粒子形状が形成されるものと推察される。また、第3工程で製造される凝集物の形状、特に短径と長径は、第2工程で生成させる中間生成物の短径と長径に影響されており、目的とする凝集物の形状に応じて、第2工程で生成させる中間生成物の短径と長径を調節することが望ましい。中間生成物の形状を調節するには、第2工程において、pH及び温度を適切に制御することにより行う。
例えば、第2工程におけるpHについては、前記した範囲内で、より高いpHとすることにより、径の小さな中間生成物を得ることができ、逆により低いpHとすることにより、径の大きな中間生成物を得ることができる。また、第2工程における温度に関しては、前記した範囲内で、より高い温度とすることにより、径の小さな中間生成物を得ることができ、逆により低い温度とすることにより、径の大きな中間生成物を得ることができる。また、生成させた中間生成物を、一旦濾別、洗浄することが好ましい。この作業により、第2工程で添加した塩基性物質を除去することができ、含有される不純分を低減できるため好ましい。
最後の第3工程においては、第2工程で得られた中間生成物の懸濁液をpH9.0~12.0、温度30~75℃とすることによって炭酸塩を生成させる。また、第3工程においても、第1工程及び第2工程の場合と同様に、反応の均一性を確保するため反応液の撹拌を行うことが好ましい。
第3工程で炭酸塩を生成させる際の温度については、30~75℃であることが好ましい。この範囲とすることで、安定して凝集物を作製できる。
第3工程におけるpHについては、9.0~12.0に調整することが好ましい。この範囲とすることで凝集物の均一性を保つことができる。更に、第3工程におけるpHは、第2工程において中間生成物を生成させる際のpHよりも高くすることが好ましい。そのように調整することにより、均一性の高い炭酸塩の凝集物を、より効率よく作製することが可能となる。
この範囲にpHを調節するためには、第3工程において酸性物質または塩基性物質を添加し調節すればよい。例えば、酸性物質としては塩酸、硫酸、硝酸、酢酸等が、塩基性物質としては水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア水等を挙げることができる。 
また、第3工程における温度及びpHは、第2工程で生成させた中間生成物の形状、特に短径と長径に応じて調節することが好ましい。具体的には、中間生成物の短径が小さい場合、第3工程でのpH及び温度は低い方が好ましく、逆に中間生成物の短径が大きい場合、第3工程でのpH及び温度は高い方が好ましい。このように調整することで、より均一な形状の炭酸塩の凝集物を得ることができる。
このようにして製造された凝集物は、脱水工程やアルコール等の有機溶媒による洗浄工程、乾燥工程を経ることによって乾燥粉とすることができる。
得られた凝集物は1種を使用しても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、表面処理、変性、官能基や分子鎖の導入、コーティング等を施してもよい。例えば、脂肪酸塩や樹脂酸塩カップリング剤といった界面活性剤等の有機系表面処理剤、あるいはリン酸塩や硫酸塩といった無機系表面処理剤による処理が挙げられる。
また、凝集物4の内部に、1種又は2種以上の微粒子が固定されていてもよい。つまり、微粒子の周囲を被覆するように薄片状の結晶粒子を凝集させた状態である。内部に固定化する微粒子としては、以下のものを例示することができる。例えば、酸化物粒子や水酸化物粒子、炭酸塩粒子、ハロゲン化物粒子、硫化物粒子、複酸化物粒子、金属粒子、鉱物粒子、エマルション粒子等である。微粒子の形状については、特に限定されず、粉末状態であっても、懸濁液の状態であってもよい。
超音波照射処理、せん断応力等による物理的分散処理あるいは分散剤の使用等により、分散処理を施すことで、凝集体の内部に含まれる微粒子が十分に分散した状態で薄片状の結晶粒子を被覆することができる。微粒子は、前記の凝集物の作製方法において炭酸塩の生成が完了する以前に添加すればよい。中でも、前記凝集物作製過程の中間生成物の析出が完了した後であることが好ましい。
〔導電性微粒子〕
本発明の表面層は、導電性を発現するため、公知の導電性微粒子を含有してもよい。導電性微粒子としては以下のものを例示することができる。アルミニウム、パラジウム、鉄、銅、銀の如き金属系の微粒子や繊維。酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛の如き金属酸化物。前記の金属系微粒子、繊維及び金属酸化物の表面を、電解処理、スプレー塗工、混合振とうにより表面処理した複合粒子。カーボンブラック、及び、カーボン系微粒子。
また、これらの導電性微粒子は、単独で、あるいは2種以上組み合わせて用いることができる。導電性微粒子は、体積平均粒径が0.01μm以上0.9μm以下であることが好ましく、0.01μm以上0.5μm以下であることがより好ましい。この範囲であれば、表面層の体積抵抗率の制御が容易になる。また、表面層に添加する導電剤の添加量は、バインダー樹脂100質量部に対して2質量部以上200質量部以下であることが好ましく、5質量部以上100質量部以下であることがより好ましい。
導電性微粒子は、その表面を表面処理してもよい。表面処理剤としては、以下のものを例示することができる。アルコキシシラン、フルオロアルキルシラン、ポリシロキサン等といった有機ケイ素化合物。シラン系、チタネート系、アルミネート系及びジルコネート系の各種カップリング剤。オリゴマー又は高分子化合物。これらは一種で使用しても、二種以上を用いても良い。
<表面層の形成方法>
表面層を形成する方法として、静電スプレー塗布やディッピング塗布やリング塗布等の塗布法により塗料を塗工し、塗膜を形成する方法が挙げられる。これらの塗布法を使用する際に、バインダー樹脂に、導電性微粒子及び凝集物等を分散した導電性樹脂組成物の塗布液を作製し、塗布を行う。塗布液の粘度を調整するため、更に、溶剤を使用してもよい。溶剤としては、バインダー樹脂を溶解することができる溶剤であればよい。
具体的には、メタノール、エタノール、イソプロパノール等といったアルコール類。アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等といったケトン類。N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド等といったアミド類。ジメチルスルホキシド等といったスルホキシド類。テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールモノメチルエーテル等といったエーテル類。酢酸メチル、酢酸エチル等といったエステル類。キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等といった芳香族化合物。リグロインといった石油エーテル等を挙げることができる。
塗布液に、バインダー樹脂、導電剤及び凝集物等を分散する方法としては、ボールミル、サンドミル、ペイントシェーカー、ダイノミル、パールミル等の公知の溶液分散手段を用いることができる。
表面層の形成方法における、具体的な一例を下記に示す。まず、バインダー樹脂に凝集物以外の分散成分、例えば導電性微粒子等を、直径0.8mmのガラスビーズとともに混合し、ペイントシェーカー分散機を用いて分散する。次いで、ガラスビーズを除去し、凝集物を添加して同様に分散する。分散時間としては2分以上、30分以内が好ましい。
次いで、ディッピング塗布等の方法により導電性基体等の上に、塗膜を形成する。この塗膜を、温度20~50℃、特には温度30~50℃で乾燥させる。この後、硬化、または、架橋等の処理を行ってもよい。尚、塗布液に、バインダー樹脂、導電性微粒子、凝集物等を分散する方法としては、前記の分散手段を用いることができる。
表面層は、凝集物に由来する凸部を形成した表面とすることが必要であるため、薄いことが好ましい。具体的には、表面層の凝集物を含まない平坦部における膜厚が、50μm以下であることが好ましく、30μm以下であることが更に好ましい。従って、表面層の膜厚及びバインダー樹脂と凝集物の密着性の観点から溶剤を用いた塗料による塗布法によって塗工し、表面層を形成することが好ましい。尚、各層の膜厚は、帯電部材の断面を鋭利な刃物で切り出して光学顕微鏡や電子顕微鏡で観察して測定することができる。
凝集物4は、表面層に被覆されていても、表面層から露出していてもよい。また、表面層における、凝集物の含有量は、バインダー樹脂100質量部に対して、2質量部以上、200質量部以下であることが好ましく、15質量部以上、100質量部以下であることが更に好ましい。本範囲とすることで、凝集物による凸部を、より容易に形成することが可能になる。
前記凸部の形成により、表面層の表面状態は、下記のように制御されていることが好ましい。十点平均表面粗さRzは、2μm以上50μm以下であることが好ましく、3μm以上40μm以下であることがより好ましい。本範囲とすることで、帯電性能を高め、帯電均一化する効果を十分発揮することができる。更に、カードハウス構造を反映した凹凸の平均凹凸間隔は、0.1μm以上10μm以下であることが好ましく、0.15μm以上2μm以下であることがより好ましい。
上記範囲とすることで、カードハウス構造を反映した凹凸が、高い密度で電子写真感光体と接触することが可能となる。そのため、カードハウス構造を反映した凹凸の当接時におけるグリップ性がより高まり、本発明の特性を効果的に発揮することができる。尚、表面層の十点平均表面粗さRz及びカードハウス構造を反映した凹凸の平均凹凸間隔の測定については、後に詳述する。
表面層は、表面処理が施されていてもよい。表面処理としては、紫外線(UV)や電子線(EB)等を用いた表面加工処理や、化合物を表面に付着及び/又は含浸させる表面改質処理を挙げることができる。
〔表面層中のその他の成分〕
本発明の表面層は、上記の導電性微粒子に加え、イオン導電剤や絶縁性粒子を含有してもよい。
イオン導電剤としては以下のものを例示することができる。
過塩素酸リチウム、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸カルシウムといった無機イオン物質。ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド、オクタデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ドデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロライド、トリオクチルプロピルアンモニウムブロミド、変性脂肪族ジメチルエチルアンモニウムエトサルフェートといった陽イオン性界面活性剤。ラウリルベタイン、ステアリルベタイン、ジメチルアルキルラウリルベタインといった両性イオン界面活性剤。過塩素酸テトラエチルアンモニウム、過塩素酸テトラブチルアンモニウム、過塩素酸トリメチルオクタデシルアンモニウムといった第四級アンモニウム塩。トリフルオロメタンスルホン酸リチウム等といった有機酸リチウム塩。これらを単独又は2種類以上組み合わせて用いることができる。
絶縁性粒子としては、以下のものを例示することができる。
酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウム、酸化チタン(二酸化チタン、一酸化チタン等)、酸化鉄、シリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸バリウム、ジルコン酸カルシウム、硫酸バリウム、二硫化モリブデン、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイト、タルク、カオリンクレー、マイカ、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ゼオライト、ウオラストナイト、けいそう土、ガラスビーズ、ベントナイト、モンモリロナイト、中空ガラス球、有機金属化合物及び有機金属塩の粒子等。フェライト、マグネタイト、ヘマタイトといった酸化鉄類や活性炭。高分子化合物からなる粒子が挙げられる。
また、表面層には、更に、離型性を向上させるために、離型剤を含有させても良い。表面層に離型剤を含有させることで、帯電部材の表面に汚れが付着することを防ぎ、帯電部材の耐久性を向上させることができる。離型剤が液体の場合は、表面層を形成する際にレベリング剤としても作用する。
<導電性基体>
導電性基体は、導電性を有し、その上に設けられる表面層等を支持する機能を有するものである。材質としては、例えば、鉄、銅、ステンレス、アルミニウム、ニッケルの如き金属やその合金を挙げることができる。また、これらの表面に耐傷性付与を目的として、導電性を損なわない範囲で、メッキ処理を施してもよい。さらに、導電性基体として、樹脂製の基材の表面を金属で被覆して表面導電性としたものや導電性樹脂組成物から製造されたものも使用可能である。
導電性基体上には、その直上の層と、接着剤を介して接着してもよい。この場合、接着剤は導電性であることが好ましい。導電性とするため、接着剤には公知の導電剤を有することができる。
接着剤のバインダー樹脂としては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂が挙げられるが、ウレタン系、アクリル系、ポリエステル系、ポリエーテル系、エポキシ系の公知のものを用いることができる。
接着剤に導電性を付与するための導電剤としては、前記導電性微粒子、イオン導電剤から適宜選択し、単独でまたは2種類以上組み合わせて用いることができる。
<導電性弾性層>
導電性基体と表面層との間に、導電性弾性層を形成してもよい。導電性弾性層に使用するバインダー樹脂としては、公知の樹脂またはゴムを使用することができる。例えば、樹脂、天然ゴムやこれを加硫処理したもの、合成ゴム等を挙げることができる。樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等の樹脂が使用できる。
例えば、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ブチラール樹脂等が挙げられる。合成ゴムとしては、エチレン-プロピレン-ジエンゴム(EPDM)、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、シリコーンゴム、ウレタンゴム、イソプレンゴム(IR)、ブチルゴム、アクリロニトリル-ブタジエンゴム(NBR)、クロロプレンゴム(CR)、アクリルゴム及びエピクロルヒドリンゴム等が挙げられる。あるいはスチレン-ブタジエン-スチレンブロックコポリマー(SBS)、スチレン-エチレン-ブチレン-スチレンブロックコポリマー(SEBS)等の熱可塑性エラストマーが挙げられる。これらは、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。
この中でも、抵抗調整が容易であるため、極性ゴムを用いるのがより好ましい。例えば、エピクロルヒドリンゴム及びNBRを挙げることができる。これらは、導電性弾性層の抵抗制御及び硬度制御をより行い易いという利点がある。導電性弾性層は、その体積抵抗率が、温度23℃、相対湿度50%の環境下で、10Ωcm以上1010Ω・cm以下であることが好ましい。
導電性弾性層の体積抵抗率は、バインダー樹脂中に、カーボンブラック、導電性金属酸化物、アルカリ金属塩、アンモニウム塩等の導電剤を適宜添加して、調整することができる。バインダー樹脂が極性ゴムである場合は、特に、アンモニウム塩を用いることが好ましい。また、導電性弾性層には、導電性微粒子の他に硬度等を調整するために、軟化油、可塑剤等の添加剤や、上述の絶縁性粒子を含有させてもよい。導電性弾性層は、導電性基体、表面層等に接着剤により接着して設けることもできる。接着剤としては導電性のものを用いることが好ましい。
<帯電部材>
本発明に係る電子写真用部材は、上記導電性基体と表面層を有するものであればよく、その形状も、ローラ状、ベルト状等いずれであってもよい。以下において、電子写真用部材の一例としての、帯電ローラの如き帯電部材を使用して詳細に説明する。
以下に、具体的な実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例により限定されるものではない。まず、本発明における評価方法を下記に記載する。 
[1.表面層中の凝集物を形成する薄片状の結晶粒子の平均粒径、平均厚み、平均厚みに対する平均粒径の比の測定]
凝集物を形成する薄片状の結晶粒子の平均粒径、平均厚みは、表面層の断面写真から算出した。表面層上の任意の凸部を、カーボン系樹脂により包埋した後、20nmずつ集束イオンビーム(商品名:FB-2000C、日立製作所社製)にて切り出し、電子顕微鏡によりその断面画像を撮影する。そして同じ凝集物を撮影した画像を、20nm間隔で組み合わせ、立体的な凝集物形状を算出する。
算出した立体的な凝集物形状において、任意の薄片状の結晶粒子について、その結晶粒子の向かい合う端面と端面の間の距離の最も長い部分の長さと、最も短い部分の長さの平均を結晶粒子の径とし、端面の幅を厚みとした。例えば、図5Gの例では、「その結晶粒子の向かい合う端面と端面の間の距離の最も長い部分の長さ」はg1となり、「その結晶粒子の向かい合う端面と端面の間の距離の最も短い部分の長さ」はg2となる。また、「最も長い部分の長さと最も短い部分の長さの平均」は(g1+g2)/2となり、「端面の幅」はg3となる。
この「向かい合う端面と端面の間の距離の、最も長い部分の長さと最も短い部分の長さの平均を、結晶粒子の径」とし、「端面の幅を、結晶粒子の厚み」とする作業を、一つの凝集物中の10個の薄片状の結晶粒子について行う。更に、表面に凸部を形成している任意の9個の凝集物について行い、得られた計100個((10個の凝集物)x(10個の薄片状の結晶粒子))の平均値を「結晶粒子の径」および「結晶粒子の厚み」のそれぞれについて算出した。これを表面層中の凝集物を形成する薄片状の結晶粒子の平均粒径、平均厚みとした。算出した平均厚みに対する平均粒径の割合を比として算出した。
[2.表面層中の凝集物の形状、平均長さ、平均高さ、平均内径、アスペクト比の測定]表面層中の凝集物を形成する薄片状の結晶粒子の平均粒径、平均厚みの測定と同様にして、立体的な凝集物形状を算出する。算出した立体的な凝集物形状において、凸を形成している最も高い部分における凝集物4の高さと、その高さを形成する線に直交する最も長い凝集物4の長さを求めた。凝集物の形状が管状のものは、高さ測定位置における空洞部の径を内径とした。
この作業を、表面に凸部を形成している任意の100個の凝集物について行い、それぞれの平均値を算出して凝集物の平均高さ、平均長さ、平均内径とした。算出した平均高さに対する平均長さの割合をアスペクト比とした。
[3.表面層の凸部を形成する凝集物の表面のカードハウス構造における平均凹凸間隔の測定]
表面層の任意の凸部を、カーボン系樹脂により包埋した後、凝集物の長径方向に集束イオンビーム(商品名:FB-2000C、日立製作所社製)にて切り出し、その断面画像を電子顕微鏡により撮影する。この断面画像から凸部表面の凹凸形状を読み取る。読み取った凹凸形状において、外周に存在する任意のカードハウス構造に由来する凸から、その凸に隣り合う凸までの距離(図3Bに例示する凹凸間隔S)を求める。これらの作業を一つの凸部断面画像において10か所について行う。そして、同様の測定を表面に凸部を形成している任意の凝集物10個について行い、得られた計100個の平均値を算出し、この値をカードハウス構造における平均凹凸間隔(以下「カードハウス構造凹凸間隔」と称す)とする。
[4.電子写真用部材の表面粗さRzの測定]
JIS B 0601-1994表面粗さの規格に準じて測定し、表面粗さ測定器(商品名:SE-3500、小坂研究所社製)を用いて行う。Rzは、電子写真用部材を無作為に6箇所測定し、その平均値である。尚、カットオフ値0.8mmであり、評価長さは8mmである。
[5.電子写真用部材表面の動摩擦係数μの測定]
図6に電子写真用部材の表面の動摩擦係数μの測定法を示す。ベルト8(厚さ100μm、幅30mm、長さ180mm、ポリエチレンテレフタレート製(商品名:ルミラーS10 #100、東レ社製))の一端に重り9を繋ぐ。ベルト8の他端に記録計11を接続した荷重計10を繋ぐ。このベルト8を電子写真用部材7に対して所定の角度θで接触させる。この状態で、電子写真用部材7を所定の方向及び所定の速度で回転させたときの荷重計10で測定された力をF、重りの重さとベルトの重さとの和をWとする。この結果から摩擦係数は以下の式で求められる。
摩擦係数=(1/θ)ln(F/W)
上記測定方法により得られるチャートの一例を図7に示す。電子写真用部材7を回転開始させる直前の値(図7に示す縦軸(荷重)の値)が回転を開始するために必要な力であり、それ以降の値が回転を継続するために必要な力である。回転開始点(t=0)の直前の摩擦係数が静摩擦係数であり、t>0の任意の時間における摩擦係数が任意の時間における動摩擦係数である。回転開始点から10秒後に得られる摩擦係数をもって、電子写真用部材表面の動摩擦係数μとした。尚、Wを100g重とし、電子写真用部材の回転速度を115rpmとし、測定環境を温度23℃/湿度53%RHとした。
<製造例>
以下製造例1~94について説明するが、製造例の内訳は次の通りである。
製造例1~42は凝集物の製造例である。製造例43~45は、未加硫ゴム組成物R-1~R-3の製造例である。製造例46は複合導電性微粒子の製造例である。製造例47は表面処理酸化チタン粒子の製造例である。製造例48~94は、表面層用塗布液の製造例である。
<製造例1>〔凝集物a-1の作製〕
第1工程として、水酸化マグネシウムの懸濁液(30g/L)2.0Lに、その温度を20℃に保持して撹拌しながら、二酸化炭素25体積%と空気75体積%とからなる二酸化炭素含有ガスを8.0L/分の速度で30分間導入した。その後、不溶解残渣を除去して、炭酸水素マグネシウム溶液(pH7.3)を調製した。
この工程に続いて、第2工程として、炭酸水素マグネシウム溶液のpHを7.7に調節するとともに、加熱して液温を55.0℃にまで上昇させた。温度を保持しながら60分間撹拌して、中間生成物である正炭酸マグネシウムa’-1の懸濁液を調製した。調整した正炭酸マグネシウムa’-1を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察したところ、平均短径が18.0μm、平均長径が42.3μmの柱状粒子であることが確認された。
引き続き、第3工程として、正炭酸マグネシウムの柱状粒子の懸濁液に、適量の水酸化ナトリウム水溶液を添加して液のpHを10.2に調節するとともに、加熱して液温を59.0℃にまで上昇させた。その後も同温度に保持しながら120分間撹拌して、炭酸マグネシウムの薄片状の結晶粒子からなる凝集物a-1の懸濁液を得た。
この凝集物をSEMにて観察したところ、平均厚み0.5μm、平均粒径1.3μmの薄片状の結晶粒子からなる、平均短径20.0μm、平均内径10.0μm、平均長径42.0μm、アスペクト比2.1の管状の凝集物であることが確認された。ここで、短径とは、凝集物における最も短い粒子径を示し、長径とは、最も長い粒子径を示す。ただし、凝集物の形状が管状体である場合は、空洞部が伸びる方向の最も長い粒子径を長径とし、長径中央における凝集物の径を短径とする。
<製造例2~37>〔凝集物a-2~a-37の作製〕
各製造例の凝集物の作製において、第2工程におけるpH及び温度、第2工程で生成した中間生成物である正炭酸マグネシウムa’-1~a’-37の平均短径、平均長径及びそのアスペクト比を表1に記載した。第3工程におけるpH及び温度、生成した凝集物a-1~a-37における炭酸マグネシウムの薄片状の結晶粒子の平均粒径及び平均厚み、凝集物の平均短径、平均長径、平均内径及びそのアスペクト比を表2に記載した。表1、2に記載した項目以外は、製造例1と同様の方法により凝集物a-2~a-37を作製した。
なお、作製された凝集物a-2~a-37の形状はいずれも管状であった。
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<製造例38>〔凝集物a-38の作製〕
60℃に調節した水酸化マグネシウム懸濁液(30g/L)2.0Lに、温度を63℃に保持して撹拌しながら、炭酸ガスを1.5L/分の速度で240分間導入し、炭酸マグネシウムを生成させた。得られた生成物を、イオン交換水及びエタノールにて洗浄、乾燥させた。その後、SEMにて観察したところ、平均厚みが0.5μm、平均粒径1.0μmの薄片状の結晶粒子からなる凝集物で、平均粒径が20.0μmの球状の炭酸マグネシウムの凝集物であることが確認された。
<製造例39>〔凝集物a-39の作製〕
60℃に調節した水酸化カルシウム懸濁液(30g/L)2.0Lに、温度を63℃に保持して撹拌しながら、炭酸ガスを1.5L/分の速度で240分間導入し、炭酸カルシウムを生成させた。得られた生成物を、イオン交換水及びエタノールにて洗浄、乾燥させた。その後、SEMにて観察したところ、平均厚みが0.5μm、平均粒径1.0μmの薄片状の結晶粒子からなる凝集物で、平均粒径が20.0μmの球状の炭酸カルシウム凝集物であることが確認された。
<製造例40>〔凝集物a-40の作製〕
第1工程として、30℃に調節した炭酸ナトリウム水溶液(55g/L)2.0Lに、温度を30℃に保持しながら塩化マグネシウム6水塩水溶液(410g/L)0.45Lを徐々に添加し90分間撹拌して、中間生成物である正炭酸マグネシウムを得た。この正炭酸マグネシウムをSEMにて観察したところ、平均短径が6μm、平均長径が60μmの柱状粒子であることが確認された。この正炭酸マグネシウムの懸濁液を濾過し、固形分をイオン交換水にて洗浄した後、再び2.0Lのイオン交換水中に分散させて、反応副生物である塩化ナトリウムを除去した正炭酸マグネシウムの懸濁液を調製した。
続いて、第2工程として第1工程で得られた正炭酸マグネシウムの柱状粒子の懸濁液(pH9.0)を加熱して、温度を60℃に保持しながら120分間撹拌して、炭酸マグネシウムを生成させた。得られた生成物を、乾燥させた後、SEMにて観察したところ、平均厚みが0.5μm、平均長径が1.0μmの薄片状の結晶粒子からなり、平均短径が20.0μm、平均長径が40.0μmの柱状の炭酸マグネシウム凝集物であることが確認された。
<製造例41>〔凝集物a-41の作製〕
第2工程として、酸化チタン(商品名:CR-63、石原産業社製)12gを240mLのイオン交換水に超音波分散させた懸濁液を、第1工程で作製した炭酸水素マグネシウム溶液に添加した以外は、製造例1と同様にして凝集物を作製した。この凝集物をSEMにて観察したところ、平均厚み0.49μm、平均粒径1.2μmの薄片状の結晶粒子を有し、平均短径22.0μm、平均内径9.0μm、平均長径40.0μmの管状の凝集物であることが確認された。また、この凝集物を透過型電子顕微鏡(TEM)にて観察したところ、凝集物の内部には、粒子径0.2μmの酸化チタン粒子が固定、複合化されていることが確認された。
<製造例42>〔凝集物a-42の作製〕
第3工程において、反応時間を70分間に変更した以外は製造例1と同様にして凝集物a-42を得た。この凝集物をSEMにて観察したところ、平均厚み0.5μm、平均粒径1.3μmの薄片状の結晶粒子からなる、平均短径19.0μm、平均内径9.0μm、平均長径41.0μmの管状の凝集物であることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
<製造例43>〔エピクロルヒドリンゴムを用いた未加硫ゴム組成物R-1の作製〕
エピクロルヒドリンゴム(エチレンオキサイド(EO)-エピクロルヒドリン(EP)-アリルグリシジルエーテル(AGE)三元共重合体、EO/EP/AGE=73モル%/23モル%/4モル%)100質量部に対して、下記の7成分を加えて、50℃に調節した密閉型ミキサーにて10分間混練した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
次いで、上記混合物に対して、以下のものを添加した。
・硫黄(加硫剤)   1.2質量部、
・ジベンゾチアジルジスルフィド(商品名:ノクセラーDM、大内新興化学工業社製)
(加硫促進剤)   1質量部、
・テトラメチルチウラムモノスルフィド(商品名:ノクセラーTS、大内新興化学工業社製)   1質量部
これらを、温度20℃に冷却した二本ロール機にて10分間混練して、未加硫ゴム組成物R-1を作製した。
<製造例44>〔アクリロニトリルブタジエンゴムを用いた未加硫ゴム組成物R-2の作製〕
アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)(商品名:N230SV、JSR社製)100質量部に対し下記表4の4成分を加えて、50℃に調節した密閉型ミキサーにて15分間混練した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
次いで、上記混合物に対して、以下のものを添加した。
・硫黄(加硫剤)   1.2質量部、
・テトラベンジルチウラムジスルフィド(TBzTD)(商品名:パーカシットTBzTD、フレキシス社製)(加硫促進剤)   4.5質量部
これらを、温度25℃に冷却した二本ロール機にて10分間混練し、未加硫ゴム組成物R-2を作製した。
<製造例45>〔スチレンブタジエンゴムを用いた未加硫ゴム組成物R-3の作製〕
スチレンブタジエンゴム(SBR)(商品名:SBR1500、JSR社製)100質量部に対し下記表5の成分を加えて、80℃に調節した密閉型ミキサーにて15分間混練した。 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
次いで、上記混合物に対して、加硫剤として硫黄1質量部、加硫促進剤としてジベンゾチアジルジスルフィド(商品名:ノクセラーDM、大内新興化学工業社製)1質量部、テトラメチルチウラムモノスルフィド(商品名:ノクセラーTS、大内新興化学工業社製)1質量部を添加した。そして、25℃に冷却した二本ロール機にて10分間混練し、未加硫ゴム組成物R-3を得た。
<製造例46>〔複合導電性微粒子の作製〕
シリカ粒子(平均粒子径15nm、体積抵抗率1.8×1012Ω・cm)7.0kgに、メチルハイドロジェンポリシロキサン140gを、エッジランナーを稼動させながら添加し、588N/cm(60kg/cm)の線荷重で30分間混合攪拌を行った。この時の攪拌速度は22rpmであった。その中に、カーボンブラック(商品名:#52、三菱化学社製)7.0kgを、エッジランナーを稼動させながら10分間かけて添加し、更に588N/cm(60kg/cm)の線荷重で60分間混合攪拌を行った。
このようにしてメチルハイドロジェンポリシロキサンで被覆したシリカ粒子の表面にカーボンブラックを付着させた後、乾燥機を用いて80℃で60分間乾燥を行い、複合導電性微粒子を作製した。この時の攪拌速度は22rpmであった。尚、得られた複合導電性微粒子は、平均粒径が15nmであり、体積抵抗率は1.1×10Ω・cmであった。 
<製造例47>〔表面処理酸化チタン粒子の作製〕
針状ルチル型酸化チタン粒子(平均粒径15nm、縦:横=3:1、体積抵抗率2.3×1010Ω・cm)1000gに、表面処理剤としてイソブチルトリメトキシシラン110g及び溶媒としてトルエン3000gを配合してスラリーを調製した。このスラリーを、攪拌機で30分間混合した後、有効内容積の80体積%が平均粒子径0.8mmのガラスビーズで充填されたビスコミルに供給し、温度35±5℃で湿式解砕処理を行った。
湿式解砕処理して得たスラリーを、ニーダーを用いて減圧蒸留(バス温度:110℃、製品温度:30~60℃、減圧度:約100Torr)によりトルエンを除去し、120℃で2時間、表面処理剤の焼付け処理を行った。焼付け処理した粒子を室温まで冷却した後、ピンミルを用いて粉砕して、表面処理酸化チタン粒子を作製した。
<製造例48>〔表面層用塗布液A-1の作製〕
カプロラクトン変性アクリルポリオール溶液(商品名:プラクセルDC2016、ダイセル化学工業社製)にメチルイソブチルケトンを加え、固形分が4質量%となるように調製した。この溶液(アクリルポリオール固形分100質量部)に対して、下記表6の4成分を加え、混合溶液を調製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
このとき、ブロックイソシアネート混合物は、イソシアネート量としては「NCO/OH=1.0」となる量であった。
(*1)変性ジメチルシリコーンオイル(商品名:SH28PA、東レ・ダウコーニング シリコーン社製)、
(*2)ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)とイソホロンジイソシアネート(I PDI)の各ブタノンオキシムブロック体の7:3混合物。
内容積450mLのガラス瓶に上記混合溶液200gを、メディアとしての平均粒径0.8mmのガラスビーズ200gと共に入れ、ペイントシェーカー分散機を用いて24時間分散し、表面層用前分散液Aを作製した。その後、ガラスビーズを除去して、表面層用前分散液A中の、アクリルポリオール固形分100質量部に対して、凝集物a-1を20質量部加え、5分間分散し、表面層用塗布液A-1を作製した。
<製造例49~90>〔表面層用塗布液A-2~A-43の作製〕
凝集物の種類と添加部数を表12に示す条件に変更した以外は、製造例48と同様にして、表面層用塗布液A-2~A-43を作製した。
<製造例91>〔表面層用塗布液B-1の作製〕
N-メトキシメチル化ナイロン100質量部に対して、下記表7の4成分を加え、混合溶液を調製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
上記混合溶液を、製造例35と同様にしてペイントシェーカー分散機を用いて24時間分散し、表面層用前分散液Bを作製した。その後、表面層用前分散液B中の、N-メトキシメチル化ナイロン100質量部に対して、凝集物a-2を20質量部加え、5分間分散し、表面層用塗布液B-1を得た。
<製造例92~93>〔表面層用塗布液B-2~B-3の作製〕
凝集物の種類と添加部数を表12に示す条件に変更した以外は、製造例91と同様にして、表面層用塗布液B-2~B-3を作製した。
<製造例94>〔表面層用塗布液C-1の作製〕
アクリル樹脂(商品名:SP-1350、東亞合成社製)100質量部に対して、下記表8の2成分を加え、混合溶液を調製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
上記混合溶液を、製造例35と同様にしてペイントシェーカー分散機を用いて7時間分散し、表面層用前分散液Cを作製した。その後、表面層用前分散液C中の、アクリル樹脂100質量部に対して、凝集物a-2を20質量部加え、5分間分散し、表面層用塗布液C-1を得た。
〔実施例1〕
〔導電性基体〕
直径6mm、長さ252.5mmのステンレス製基体に、カーボンブラックを10質量%含有させた熱硬化性接着剤を塗布し、乾燥したものを導電性基体として使用した。
〔導電性弾性層〕
クロスヘッドを具備する押出成形装置を用いて、導電性基体を中心軸として、同軸上に円筒状に、製造例42で作製した未加硫ゴム組成物Rー1を被覆して、外径が10.0mmである予備成形体を得た。
この予備成形体を熱風炉にて160℃で1時間加熱、加硫して、導電性基体の外周に導電性弾性層を形成した。この導電性被覆層の端部を除去して、長さが224.2mmの導電性弾性層を有するローラを得た。
次いで、この導電性弾性層の外周面を、プランジカット式の円筒研磨機を用いて研磨した。この作業により、外径が8.5mm、長さが224.2mm、中央部の外径と中央部から90mm離れた位置の外径との差であるクラウン量が170μmの導電性弾性層を有する弾性ローラD-1を得た。
〔表面層の形成〕
弾性ローラD-1に、製造例48で作製した表面層用塗布液A-1を1回ディッピング塗布した。塗布後に常温で30分間以上風乾した後、熱風循環乾燥機にて80℃で1時間、更に160℃で1時間乾燥した。この方法により、表面層を形成した電子写真用部材の如き帯電ローラT-1を得た。尚、ディッピング塗布の条件は以下の通りである。浸漬時間を9秒間として、引き上げ速度は、初期速度20mm/s、最終速度2mm/s、その間は時間に対して直線的に速度を変化させて行った。
作製した帯電ローラT-1の物性として、凝集物の薄片状の結晶粒子の平均粒径、平均厚み、平均厚みに対する平均粒径の比、カードハウス構造凹凸間隔を、上記方法により、評価した。帯電ローラの物性として、帯電ローラの十点平均表面粗さRz及び動摩擦係数を上記方法により評価した。評価結果を表12に示す。
〔耐久評価〕
図8に示す構成を有する電子写真装置として、カラーレーザプリンター(商品名:サテラLBP5400、キヤノン社製)を用い、200mm/sec(A4縦出力)で記録メディアが出力できるよう改造して使用した。画像の解像度は、600dpi、1次帯電の出力は直流電圧-1100Vである。画像の解像度は、600dpiで出力した。プロセスカートリッジは、上記プリンター用のブラック用プロセスカートリッジを用いた。
尚、図8に示す電子写真装置は、電子写真感光体12、帯電ローラ7を帯電する電源13及び帯電ローラ7を有する帯電装置、画像情報に対応した露光を行うことにより電子写真感光体12に静電潜像を形成する潜像形成装置19、静電潜像をトナーによって現像する現像装置14、形成されたトナー像を転写材15に転写する転写装置16、電子写真感光体上の転写トナーを回収するクリーニング部材18及び回収容器20からなるクリーニング装置、トナー像を定着する定着装置17により構成される。
図9にプロセスカートリッジの一例を示す。同図に示すように、プロセスカートリッジは、電子写真感光体12、帯電ローラ7、現像装置14、クリーニング部材18等を一体化し、電子写真装置の本体に着脱可能に構成される。
プロセスカートリッジから付属の帯電ローラを取り外し、作製した帯電ローラT-1をセットした。このプロセスカートリッジを温度15℃、湿度10%RH環境(環境1)に24時間馴染ませた。その後、各々の環境にて、耐久評価を行った。具体的には、印字濃度1%E文字画像をプロセススピード200mm/secで2枚間欠耐久試験(2枚印刷するごとに印刷を3秒間停止させる)を行った。
前記環境1で、1000枚、10000枚及び20000枚の画像を印刷後に、それぞれハーフトーン画像を出力した。その後、ハーフトーン画像(電子写真感光体の回転方向と垂直方向に幅1ドット、間隔2ドットの横線を描く画像)を出力した。得られた画像を目視にて観察し、前述した帯電ムラに起因する横スジ状の濃度ムラであるバンディング画像を、表9に示す基準で判定した。評価結果を表13に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
〔実施例2~47〕
未加硫ゴム組成物の種類、表面層用塗布液の種類を表11に示すように変更した。また、各表面層用塗布液の塗布後の乾燥は、表10に示す条件で行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
 
上記以外は、実施例1と同様にして、帯電ローラT-2~帯電ローラT-47を作製した。評価結果を表12及び表13に示す。
〔比較例1〕
凝集物に変え、体積平均粒径が50μmのアクリル樹脂粒子(商品名:MR-50G、総研化学社製)を用い、添加部数を20質量部とし、導電性弾性層に未加硫ゴム組成物R-2を用いた以外は、実施例1と同様にして、帯電ローラT-48を作製した。評価結果を表12及び表13に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013

1‥‥導電性基体
2‥‥表面層
3‥‥導電性弾性層
4‥‥凝集物
5‥‥基準線
6‥‥高さプロファイル
7‥‥帯電部材(電子写真用部材)
8‥‥ベルト
9‥‥重り
10‥‥荷重計
11‥‥記録計

この出願は2012年12月11日に出願された日本国特許出願第2012-270183号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 (5)

  1.  導電性の基体と表面層とを有する電子写真用部材であって、
     該表面層は、
      バインダー樹脂と、
      炭酸マグネシウムの薄片状の結晶粒子および炭酸カルシウムの薄片状の結晶粒子からなる群から選択される少なくとも1つの結晶粒子の凝集物と、を含み、
     該凝集物の表面には、該結晶粒子によって形成されたカードハウス構造の端面が露出しており、
     該表面層の表面は、該凝集物に由来する凸部を有し、
     該凸部の表面は、該凝集物の表面に露出している該カードハウス構造の端面の形状を反映してなる凹凸を有することを特徴とする、電子写真用部材。
  2.  該結晶粒子は、平均厚みが0.005μm以上1μm以下であり、平均粒径が0.1μm以上10μm以下である、請求項1に記載の電子写真用部材。
  3.  該凝集物の表面に露出している該カードハウス構造の端面の形状を反映してなる凹凸の平均凹凸間隔が、0.1μm以上10μm以下である、請求項1または2に記載の電子写真用部材。
  4.  請求項1乃至3のいずれか一項に記載の電子写真用部材と、電子写真感光体とを有し、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。
  5.  請求項1乃至3のいずれか一項に記載の電子写真用部材と、電子写真感光体とを具備していることを特徴とする電子写真装置。
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