WO2014118831A1 - 帯電部材、プロセスカートリッジ及び電子写真装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a charging member for applying a voltage to charge a surface of an electrophotographic photosensitive member, which is an object to be charged, to a predetermined potential, a process cartridge and an electrophotographic image forming apparatus (hereinafter referred to as “electrophotographic”) using the charging member. It is referred to as “apparatus”).
- An electrophotographic apparatus employing an electrophotographic system mainly includes an electrophotographic photosensitive member, a charging device, an exposure device, a developing device, a transfer device, a cleaning device, and a fixing device.
- a charging device the surface of the electrophotographic photosensitive member is applied by applying a voltage (a voltage of only a DC voltage or a voltage in which an AC voltage is superimposed on a DC voltage) to a charging member disposed in contact with or close to the surface of the electrophotographic photosensitive member.
- a voltage a voltage of only a DC voltage or a voltage in which an AC voltage is superimposed on a DC voltage
- Patent Document 1 and Patent Document 2 include a charging member for contact charging having a surface layer having a convex portion derived from resin particles on the surface. It is disclosed. By using such a charging member, the charging of the electrophotographic photosensitive member is further stabilized. As a result, it is possible to suppress the occurrence of horizontal streak-like unevenness in the electrophotographic image that may occur when the electrophotographic photosensitive member is not uniformly charged.
- the toner remaining on the electrophotographic photosensitive member after the transfer process should be removed by a cleaning blade or the like in the cleaning process.
- residual toner may pass through the cleaning blade at the scratched portion and may remain on the photoconductor even after the cleaning process.
- Such toner may cause vertical stripe-like unevenness in the solid white portion of the electrophotographic image formed in the next electrophotographic image forming cycle.
- an electrophotographic image in which vertical stripe-like unevenness has occurred may be hereinafter referred to as a “vertical stripe image”.
- an object of the present invention is to provide a charging member that has an excellent charging ability and hardly causes scratches on the surface of the electrophotographic photosensitive member.
- Another object of the present invention is to provide a process cartridge and an electrophotographic apparatus that contribute to the stable formation of high-quality electrophotographic images.
- a charging member having a conductive substrate and a conductive surface layer, the surface layer comprising a binder resin, conductive particles dispersed in the binder resin, and a roughening of the surface layer.
- the surface layer has a plurality of convex portions derived from the resin particles on the surface, and the resin particles forming the convex portions are empty inside the surface layer. 11 in the solid particles when it is assumed that the particles have pores, the porosity Vt of the whole particles is 2.5% by volume or less, and the resin particles are solid particles having no pores. porosity V 11 in the region where the distance is farthest from a by conductive substrate a region occupied by the volume% is 5% or more by volume, the charging member is 20 vol% or less is provided.
- a process cartridge in which the charging member is at least integrated with a member to be charged and is configured to be detachable from the main body of the electrophotographic apparatus. Furthermore, according to the present invention, there is provided an electrophotographic apparatus having the charging member and a member to be charged.
- the present invention it is possible to obtain a charging member that has an excellent charging capability and hardly causes scratches on the surface of the electrophotographic photosensitive member. Furthermore, according to the present invention, a process cartridge and an electrophotographic apparatus that contribute to stable formation of high-quality electrophotographic images can be obtained.
- Sectional drawing of the one charging member (charging roller) which has the roller shape which concerns on this invention is shown.
- Sectional drawing of the one charging member (charging roller) which has the roller shape which concerns on this invention is shown.
- Sectional drawing of the one charging member (charging roller) which has the roller shape which concerns on this invention is shown.
- the fragmentary sectional view of the charging member concerning the present invention is shown. It is the schematic of the cross-sectional image of the convex part in the electroconductive surface layer which concerns on this invention. It is the schematic of the cross-sectional image of the resin particle which concerns on this invention. It is the schematic of the three-dimensional image of the resin particle in the electroconductive surface layer which concerns on this invention.
- FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a cross section of an example of an electrophotographic apparatus according to the present invention. It is the schematic showing the cross section of an example of the process cartridge which concerns on this invention.
- FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a contact state between a charging roller and an electrophotographic photosensitive member.
- FIG. 1A shows an example of a cross section of a charging member according to the present invention.
- This charging member has a conductive substrate 1 and a conductive surface layer 3 covering its peripheral surface.
- the charging member according to the present invention has a configuration in which one or more conductive elastic layers 2 are provided between the conductive substrate 1 and the conductive surface layer 3. be able to.
- the conductive substrate 1 and a layer sequentially stacked on the conductive substrate for example, the conductive surface layer 3 shown in FIG. 1A, the conductive elastic layer 2 shown in FIG. 1B, and the conductive elastic layer shown in FIG. 1C). 21) may be bonded via a conductive adhesive.
- a known conductive agent can be used as the adhesive for making it conductive.
- a conductive adhesive is also interposed. Can be glued together.
- FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the charging member according to the present invention.
- the surface layer 3 includes a binder resin (not shown), conductive particles (not shown) dispersed in the binder resin, and resin particles 104 for roughening the surface layer.
- the surface layer 3 has a plurality of convex portions 105 derived from the resin particles 104 on the surface.
- FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the convex portion 105.
- the resin particles 104 forming the convex portion 105 have pores inside. And the whole porosity Vt of this resin particle is 2.5 volume% or less.
- the resin particle 104 is an area that occupies 11% by volume in the solid particle when the resin particle is assumed to be a solid particle having no pores, and the distance from the conductive substrate is the largest. porosity V 11 distant regions in, is 5 vol% or more, 20% by volume or less.
- hole may be referred to as “convex portion apex side region”.
- the “convex part apex side region” is a region indicated by reference numeral 106 in FIG. 3.
- the inventors of the present invention have examined the contact state and the discharge state when a conventional charging member whose surface is roughened by solid resin particles charges an electrophotographic photosensitive member.
- the nip portion between the charging member and the electrophotographic photosensitive member was observed in detail.
- the charging member having a convex portion derived from resin particles or the like is in contact with the vicinity of the top of the convex portion in the nip with the electrophotographic photosensitive member, and is small in the concave portion existing between the convex portion. It was found that a simple void was formed. It was confirmed that a discharge phenomenon from the surface of the charging member to the surface of the electrophotographic photosensitive member occurred in the minute gap.
- the contact between the electrophotographic photosensitive member and the charging member is limited to a narrow range near the top of the convex portion. In such a state, it was found that slip particularly occurred in the contact portion in the vicinity of the convex vertex when the electrophotographic image was formed at a high speed. Further, it was found that the above-mentioned slip formed a scratch having a depth of about several ⁇ m on the surface of the electrophotographic photosensitive member.
- the present inventors have studied to suppress the generation of scratches on the surface of the electrophotographic photosensitive member due to the contact of the convex portions while causing discharge in the nip.
- the resin particles are easily deformed, and the contact area between the convex portions of the charging member and the electrophotographic photosensitive member can be increased. I understood that I could do it.
- the larger the porosity of the resin particles the larger the deformation of the convex portion, and the contact area between the convex portion and the electrophotographic photosensitive member can be expanded. This leads to relaxation of pressure concentration in the vicinity of the top of the convex portion, and enables suppression of the slip.
- the porosity of the resin particles is increased too much, it becomes difficult to generate minute voids in the nip portion. That is, it becomes difficult for the discharge in the nip to occur.
- the inventors have found that the above-mentioned slip can be suppressed and the discharge in the nip can be maintained by concentrating the pores inside the resin particle near the apex of the convex portion. Obtained.
- the resin particles forming the convex portions can solve the above problems by satisfying the following requirements (i) and (ii). (I) having pores inside, and the total porosity Vt of the resin particles being 2.5% by volume or less; and (Ii)
- the porosity V 11 in the “convex portion apex region” is 5% by volume or more and 20% by volume or less.
- the above numerical value of the porosity of the resin particles indicates that the pores are concentrated near the apex of the convex portion formed on the surface of the charging member, particularly at the contact portion between the electrophotographic photosensitive member and the convex portion on the surface of the charging member. It is a quantification of what exists. The method for measuring the porosity will be described in detail later.
- the overall porosity Vt of the resin particles is 2.5% by volume or less. By setting it within this range, the discharge in the nip can be maintained. A more preferable range is 2.0% by volume or less. This makes it possible to more easily maintain the in-nip discharge.
- the porosity V 11 in the “convex portion apex region” is 5% by volume or more and 20% by volume or less. By setting it within this range, the slip can be suppressed. A more preferable range is 5.5% by volume or more and 15% by volume or less. Thereby, it becomes possible to suppress the slip more easily.
- the charging member having the above configuration only the vicinity of the vertex of the convex portion existing on the surface of the charging member is easily deformed, and the contact area with the surface of the electrophotographic photosensitive member is enlarged. Thereby, the contact pressure is relieved and the occurrence of the slip is suppressed, so that the generation of the scratch can be suppressed.
- the present inventors infer that the occurrence of the vertical streak image can be suppressed thereby.
- porosity Vt of the whole resin particles is smaller than the porosity V 11 of the "convex apex side region", the entire convex portion of the charging member is hardly deformed, the charging member and the electrophotographic photosensitive member and The gap is maintained.
- the present inventors presume that these effects make it possible to suppress the occurrence of the scratch while maintaining the discharge in the nip.
- the binder resin in the surface layer needs to be dispersed with conductive particles. Knowledge was also obtained at the same time.
- the conductive substrate used in the charging member of the present invention has conductivity and has a function of supporting a conductive surface layer and 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 as the conductive substrate.
- Binder resin used for the conductive surface layer of the present invention, a known rubber or resin can be used.
- rubber include natural rubber, a vulcanized product thereof, and synthetic rubber.
- Examples of the synthetic rubber include the following. Ethylene propylene rubber, styrene butadiene rubber (SBR), silicone rubber, urethane rubber, isoprene rubber (IR), butyl rubber, acrylonitrile butadiene rubber (NBR), chloroprene rubber (CR), acrylic rubber, epichlorohydrin rubber and fluorine rubber.
- SBR styrene butadiene rubber
- silicone rubber silicone rubber
- urethane rubber isoprene rubber
- IR isoprene rubber
- NBR acrylonitrile butadiene rubber
- CR chloroprene rubber
- acrylic rubber epichlorohydrin rubber and fluorine rubber
- a resin such as a thermosetting resin or a thermoplastic resin
- fluorine resin, polyamide resin, acrylic resin, polyurethane resin, acrylic urethane resin, silicone resin, and butyral resin are more preferable.
- binder resin may be used alone or in combination of two or more. Moreover, it is good also as a copolymer by copolymerizing the monomer which is the raw material of these binder resins. Among these, it is preferable to use the above-mentioned resin as the binder resin. This is because it is possible to more easily control adhesion and friction with the electrophotographic photosensitive member.
- the conductive surface layer may be formed by adding a crosslinking agent or the like to the prepolymerized binder resin raw material and curing or crosslinking. In the present specification, the above-mentioned mixture containing a crosslinking agent or the like will be hereinafter referred to as “binder resin”.
- the resin particles forming the convex portions of the surface layer of the charging member of the present invention are the porous resin particles having the aforementioned porosity.
- the material of the resin particles include the following polymer compounds. Acrylic resin, styrene resin, polyamide resin, silicone resin, vinyl chloride resin, vinylidene chloride resin, acrylonitrile resin, fluororesin, phenol resin, polyester resin, melamine resin, urethane resin, olefin resin, epoxy resin, copolymer of these Modified resins, derivatives and other resins, ethylene-propylene-diene copolymer (EPDM), styrene-butadiene copolymer rubber (SBR), silicone rubber, urethane rubber, isoprene rubber (IR), butyl rubber, chloroprene rubber (CR), Polyolefin thermoplastic elastomer, Urethane thermoplastic elastomer, Polystyrene thermoplastic elastomer,
- Resin particles made of these polymer compounds can be easily dispersed in a binder resin.
- a binder resin it is more preferable to use one or more resins selected from acrylic resins, styrene resins, and acrylic styrene resins.
- the reason is that it is easy to produce porous resin particles, and a minute gap for generating an in-nip discharge with the electrophotographic photosensitive member when a convex portion is formed on the surface of the charging member. This is because it can be stably maintained in various environments.
- the resin particles 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.
- the content of the resin particles in the surface layer is preferably 2 parts by mass or more and 100 parts by mass or less, more preferably 5 parts by mass or more and 80 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the binder resin. By setting it within this range, the discharge in the nip can be generated more stably.
- the volume average particle diameter of the resin particles is particularly preferably 10 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less. By setting it within this range, the discharge in the nip can be generated more stably.
- porous resin particles hereinafter referred to as “porous particles”
- porous particles As a raw material for the resin particles contained in the surface layer.
- porous particle is defined as a particle having a large number of pores penetrating the particle surface.
- the porous particles of the present invention will be described in detail.
- porous particles examples include acrylic resin, styrene resin, acrylonitrile resin, vinylidene chloride resin, vinyl chloride resin and the like. These resins can be used alone or in combination of two or more. Moreover, the monomer used as the raw material of these resins may be copolymerized and used as a copolymer. Furthermore, you may contain other well-known resin as needed by using these resins as a main component.
- the porous particles of the present invention are known in the art such as suspension polymerization method, interfacial polymerization method, interfacial precipitation method, in-liquid drying method, and a method of adding and precipitating a solute or solvent that lowers the solubility of the resin in the resin solution. It can be manufactured by a manufacturing method.
- a porous agent is dissolved in a polymerizable monomer in the presence of a crosslinkable monomer to prepare an oily mixed solution.
- aqueous suspension polymerization is carried out in an aqueous medium containing a surfactant and a dispersion stabilizer, and after completion of the polymerization, washing and drying steps are performed to remove water and the porosifying agent, and resin particles Can be obtained.
- a compound having a reactive group that reacts with the functional group of the polymerizable monomer, an organic filler, or the like can also be added.
- Styrene monomers such as styrene, p-methylstyrene, p-tert-butylstyrene; methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, lauryl acrylate, methyl methacrylate, methacryl Ethyl acetate, propyl methacrylate, butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, tert-butyl methacrylate, benzyl methacrylate, phenyl methacrylate, isobornyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, glycidyl methacrylate, hydrofurfuryl methacrylate, lauryl methacrylate (Meth) acrylic acid ester monomers and the like.
- These polymerizable monomers are used alone or in combination of
- the crosslinkable monomer is not particularly limited as long as it has a plurality of vinyl groups, and the following can be exemplified.
- the crosslinkable monomer is preferably used so as to be 5% by mass or more and 90% by mass or less in the monomer. By setting it within this range, it becomes possible to reliably form pores inside the porous particles.
- a non-polymerizable solvent a mixture of a linear polymer and a non-polymerizable solvent dissolved in a mixture of polymerizable monomers, or a cellulose resin
- the following can be illustrated as a non-polymerizable solvent.
- a cellulose resin Ethylcellulose etc. can be mentioned.
- These porous agents can be used alone or in combination of two or more.
- the addition amount of the porosifying agent can be appropriately set according to the purpose of use, but in 100 parts by mass of the oil phase composed of the polymerizable monomer, the crosslinkable monomer and the porosizing agent, 20 parts by mass to 90 parts by mass. It is preferable to use within the range of parts. By setting it within this range, the porous particles are not easily fragile, and a void is easily formed in the nip between the charging member and the electrophotographic photosensitive member.
- a thing soluble in a polymerizable monomer is preferable.
- a well-known peroxide initiator, an azo initiator, etc. can be used, The following can be illustrated. 2,2'-azobisisobutyronitrile, 1,1'-azobiscyclohexane 1-carbonitrile, 2,2'-azobis-4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile and 2,2'-azobis -2,4-Dimethylvaleronitrile.
- Anionic surfactants such as sodium lauryl sulfate, polyoxyethylene (polymerization degree 1 to 100) sodium lauryl sulfate, polyoxyethylene (polymerization degree 1 to 100) lauryl sulfate triethanolamine; stearyltrimethylammonium chloride, diethylaminoethyl stearate Cationic surfactants such as amide lactate, dilaurylamine hydrochloride, oleylamine lactate; adipic acid diethanolamine condensate, lauryl dimethylamine oxide, glyceryl monostearate, sorbitan monolaurate, diethylaminoethylamide stearate lactate, etc.
- Nonionic surfactants such as coconut oil fatty acid amidopropyldimethylaminoacetic acid betaine, lauryl hydroxysulfobetaine, sodium ⁇ -laurylaminopropionate Active agent; polyvinyl alcohol, starch, and polymer dispersant such as carboxymethyl cellulose.
- Organic fine particles such as polystyrene fine particles, polymethyl methacrylate fine particles, polyacrylic acid fine particles, and polyepoxide fine particles; silica such as colloidal silica; calcium carbonate, calcium phosphate, aluminum hydroxide, barium carbonate, and magnesium hydroxide.
- Suspension polymerization is preferably carried out in a sealed manner using a pressure vessel, and the raw material components may be suspended in a disperser or the like before polymerization and then transferred to the pressure vessel for suspension polymerization. It may be suspended.
- the polymerization temperature is more preferably 50 ° C to 120 ° C.
- the polymerization may be carried out under atmospheric pressure, but is preferably carried out under pressure (under a pressure obtained by adding 0.1 to 1 MPa to atmospheric pressure) so as not to make the porous agent gaseous. After completion of the polymerization, solid-liquid separation, washing, etc. may be performed by centrifugation, filtration, or the like.
- drying or pulverization may be performed at a temperature equal to or lower than the softening temperature of the resin constituting the resin particles. Drying and pulverization can be performed by a known method, and an air dryer, a normal air dryer, and a Nauta mixer can be used. Further, drying and pulverization can be simultaneously performed by a pulverization dryer or the like. The surfactant and the dispersion stabilizer can be removed by repeating washing filtration and the like after the production.
- the particle size of the porous particles is determined by the mixing conditions of the oily mixture composed of a polymerizable monomer or a porosizing agent and an aqueous medium containing a surfactant or a dispersion stabilizer, the amount of addition of a dispersion stabilizer, etc., stirring It can be adjusted according to dispersion conditions. By increasing the addition amount of the dispersion stabilizer, the average particle diameter can be lowered. Moreover, it is possible to reduce the average particle diameter of the porous particles by increasing the stirring speed under stirring dispersion conditions.
- the volume average particle size of the porous particles of the present invention is preferably in the range of 5 to 60 ⁇ m. More preferably, it is in the range of 10 to 50 ⁇ m. By setting it within this range, the discharge in the nip can be generated more stably.
- the pore diameter of the porous particles can be adjusted by the addition amount of the crosslinkable monomer and the kind and addition amount of the porous agent.
- the direction of increasing the addition amount of the porous agent and decreasing the addition amount of the crosslinkable monomer is the direction of increasing the pore diameter.
- the pore diameter of the porous particles is preferably 10 to 500 nm and within the range of 20% or less with respect to the average particle diameter of the resin particles. Further, the pore diameter is more preferably 20 to 200 nm and within a range of 10% or less with respect to the average particle diameter of the resin particles. By setting it within this range, it becomes easy to form a gap in the nip between the charging member and the electrophotographic photosensitive member, and stable in-nip discharge can be performed.
- pores in the inner layer portion of the particles can be obtained.
- Porous particles can be produced in which the porosity of the outer layer portion is larger than the porosity and the pore diameter of the outer layer portion is larger than the pore diameter of the inner layer portion.
- ethyl acetate present in the outer layer portion of the droplet has a SP value close to that of water, a certain amount of water is dissolved in ethyl acetate.
- the solubility of the porous agent in the polymerizable monomer is reduced, and the polymerizable monomer and the porous agent are separated from each other in the inner layer portion. It is in the state which is easy to separate compared with. That is, in the outer layer portion of the droplet, the porosifying agent tends to exist in a larger mass than the inner layer portion.
- the outer layer has a larger porosity than the inner layer portion of the particle.
- Porous particles can be produced in which the porosity of the portion is large and the pore diameter of the outer layer portion is larger than the pore diameter of the inner layer portion.
- the pore diameter of the outer layer portion of the porous particles is increased and the porosity is increased.
- Preferred examples of the porosifying agent used in the above means include ethyl acetate, methyl acetate, propyl acetate, isopropyl acetate, butyl acetate, acetone, and methyl ethyl ketone.
- the porosifying agent used in the above means include normal hexane, normal octane, and normal dodecane.
- the porosity of the outer layer portion is larger than the porosity of the inner layer portion of the particles, and the inner layer has a higher porosity than the inner layer portion of the particles in order to cause the pores to be concentrated and present in the vicinity of the convex vertex of the surface layer of the charging member It is preferable to use porous particles whose outer layer portion has a larger pore size than the pore size of the portion.
- the porosifying agent having a small difference in SP value with water is preferably 30 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the entire porosizing agent. More preferably, it is in the range of 15 to 25 parts by mass.
- the porosity used for the porosity control of the present invention is larger than the porosity of the inner layer portion, and the pore diameter of the outer layer portion is larger than the pore diameter of the inner layer portion.
- the inner layer portion is defined as a region closer to the particle center 108 than the virtual line 114, that is, a region 112 (shaded portion), and the outer layer portion is a position 109 moved by ( ⁇ 3) / 2 times the particle radius r. It is defined as an outer region, that is, 111 region. The method for measuring each parameter will be described in detail later.
- the porosity of the inner layer part is preferably 5% by volume or more and 35% by volume or less, and the average pore diameter of the inner layer part is preferably 10 nm or more and 45 nm or less.
- the porosity of the outer layer part is preferably 10% by volume or more and 55% by volume or less, and the average pore diameter of the outer layer part is preferably 30 nm or more and 200 nm or less.
- the conductive surface layer of the present invention contains known conductive particles in order to develop conductivity.
- the following are mentioned as electroconductive particle.
- Metal-based fine particles and fibers such as aluminum, palladium, iron, copper, and silver; metal oxides such as titanium oxide, tin oxide, and zinc oxide; the surface of the metal-based fine particles, fibers, and metal oxides is subjected to electrolytic treatment; Composite particles surface-treated by spray coating and mixed shaking; carbon black and carbon-based fine particles.
- Examples of carbon black include black furnace black, thermal black, acetylene black, and ketjen black.
- furnace black As furnace black, the following are mentioned, for example. SAF-HS, SAF, ISAF-HS, ISAF, ISAF-LS, I-ISAF-HS, HAF-HS, HAF, HAF-LS, T-HS, T-NS, MAF, FEF, GPF, SRF-HS- HM, SRF-LM, ECF, FEF-HS.
- thermal black FT and MT.
- the carbon-based fine particles include PAN (polyacrylonitrile) -based carbon particles and pitch-based carbon particles.
- the listed conductive particles can be used alone or in combination of two or more.
- the content of the conductive particles in the conductive surface layer is suitably 2 to 200 parts by mass, preferably 5 to 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the binder resin.
- the surface of the conductive particles may be surface-treated.
- organosilicon compounds such as alkoxysilanes, fluoroalkylsilanes, and polysiloxanes; various silane, titanate, aluminate, and zirconate coupling agents; oligomers or polymer compounds can be used. is there. These may be used alone or in combination of two or more.
- organosilicon compounds such as alkoxysilanes and polysiloxanes, and various coupling agents of silane, titanate, aluminate or zirconate, and more preferred are organosilicon compounds.
- the conductive particles are those having an average particle diameter of 5 nm or more and 300 nm or less, particularly 10 nm or more and 100 nm or less so as not to substantially affect the surface roughness of the charging member. It is preferable to use it.
- the average particle size of the conductive particles is calculated as follows. That is, using a transmission electron microscope (TEM), the magnification is adjusted such that at least 100 non-aggregated conductive particles are observed in the field of view. Then, an area equivalent diameter is obtained for 100 non-aggregated conductive particles in the field of view. And the value which rounded off the 1st decimal place of the arithmetic mean value of the area equivalent diameter of the said 100 electroconductive particle is made into the average particle diameter of electroconductive particle.
- TEM transmission electron microscope
- the surface layer is formed by forming a layer of the conductive resin composition on the conductive substrate by a coating method such as electrostatic spray coating, dipping coating, or roll coating, and drying, heating, crosslinking, etc.
- curing is mentioned.
- substrate is mentioned.
- the surface layer can be formed by placing the conductive resin composition in a mold in which a conductive substrate is disposed and curing the composition.
- the method of forming the surface layer by electrostatic spray coating, dipping coating or roll coating is preferable in order to control the porosity of the convex portions of the surface layer of the charging member and form a uniform surface layer.
- a “surface layer coating solution” in which conductive particles and porous particles are dispersed in a binder resin, and coat the surface of the conductive substrate.
- a solvent for the coating solution in order to make the control of the porosity easier, it is preferable to use a solvent for the coating solution.
- a polar solvent that can dissolve the binder resin and has high affinity with the porous particles.
- polar solvents include the following. Ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone and cyclohexanone; alcohols such as methanol, ethanol and isopropanol; amides such as N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide; sulfoxides such as dimethyl sulfoxide; tetrahydrofuran Ethers such as dioxane and ethylene glycol monomethyl ether; esters such as methyl acetate and ethyl acetate.
- Ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone and cyclohexanone
- alcohols such as methanol, ethanol and isopropanol
- amides such as N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide
- sulfoxides such as dimethyl sulfox
- solution dispersing means such as a ball mill, a sand mill, a paint shaker, a dyno mill, and a pearl mill can be used.
- porous particles those having a porosity of the outer layer portion larger than that of the inner layer portion and a pore diameter of the outer layer portion larger than that of the inner layer portion are used. It is preferable.
- FIG. 7A is a schematic diagram showing a state immediately after the coating liquid 303 is formed by applying the coating solution for forming the surface layer to the surface of the conductive substrate by the above method.
- the coating film 303 contains a solvent, a binder resin, conductive particles, and porous particles 300, and the porous particles are formed by the inner layer region 301 and the outer layer region 302.
- the porosity of the outer layer region is larger than the porosity of the inner layer region
- the pore diameter of the outer layer region is larger than the pore diameter of the inner layer region.
- the solvent evaporates from the surface side of the coating solution immediately after the coating solution is applied to the surface of the conductive substrate.
- the concentration of the binder resin increases on the surface side of the coating film 303.
- a force that keeps the concentration of the solvent and the binder resin constant works, and the binder resin in the coating film flows in the direction indicated by 305.
- the moving speed of the solvent and the binder resin in the inner layer region is determined by the solvent in the outer layer region. And slower than the moving speed of the binder resin. Therefore, the binder resin moves in the direction of 305, but due to the difference in the moving speed of the solvent and the binder resin in the inner layer region and the outer layer region of the porous particles, the outer layer region is more than the concentration of the binder resin in the inner layer region. This results in a state where the concentration of the binder resin is high.
- FIG. 7C shows a state where the concentration of the binder resin is higher in the outer layer region 302 than in the inner layer region 301.
- a flow 306 of the binder resin is generated in a direction of relaxing the concentration difference of the binder resin between the inner layer region and the outer layer region of the porous particles.
- the binder resin concentration in the outer layer part region is lower than the inner layer part region of the porous particles, that is, the state shown in FIG. 7D. It will change.
- the coating film is dried, cured, or crosslinked at a temperature equal to or higher than the boiling point of the solvent used.
- the solvent remaining in the outer layer portion region 302 of the porous particles volatilizes all at once, and finally, as shown in FIG. 7E, pores 307 can be formed in the outer layer portion region of the porous particles.
- the solvent present in the pores in the inner layer region does not completely move to the outer layer portion, and a part of the solvent may remain in the inner layer portion.
- pores are formed in the inner layer due to the volatilization of the solvent.
- the binder resin does not penetrate and the state in which the pores are formed is maintained.
- the porosity of the outer layer part is preferably 1.5 times or more and 3 times or less of the porosity of the inner layer part, and the pore diameter of the outer layer part is smaller than the hole diameter of the inner layer part. It is preferable to be 2 times or more and 10 times or less.
- the polar solvent described above having high affinity with the porous particles.
- the film is allowed to stand for 15 minutes to 1 hour in a room temperature atmosphere after the coating film is formed. Thereby, it becomes easy to form the above-described state of FIG. 7B gently.
- the second stage it is preferable to stand at a temperature not lower than room temperature and not higher than the boiling point of the solvent used for 15 minutes or longer and 1 hour or shorter.
- the temperature is controlled to 40 ° C. or higher and 100 ° C. or lower and left for 30 minutes or longer and 50 minutes or shorter.
- rate of FIG. 7C becomes large, and control which raises the density
- the third stage is a drying, curing, or crosslinking process at a temperature equal to or higher than the boiling point of the solvent. At this time, it is preferable to control the temperature of the second stage and the third stage by rapidly raising the temperature. Thereby, it becomes easy to form a hole near the convex portion apex.
- the second and third stage drying furnaces are preferably different devices or different areas, and the movement of the devices or areas is It is preferable to set the time as short as possible.
- the method for forming the surface layer of the charging member of the present invention includes a method having the following steps (1) and (2).
- Forming a film (2) A step of volatilizing the solvent in the coating film to form a surface layer.
- Step (2) is a process of volatilizing the solvent in the coating film, and preferably includes the following step (3) and step (4).
- porous particles are porous resin particles having a porosity of the outer layer portion larger than a porosity of the inner layer portion and a pore diameter of the outer layer portion larger than the pore diameter of the inner layer portion. Is preferred.
- the pore diameter R 11 in the “convex peak side region” of the resin particles in the surface layer is an average pore diameter, and is preferably in the range of 30 nm or more and 200 nm or less. More preferably, it is 60 nm or more and 150 nm or less. By making it within this range, it is possible to more easily maintain the discharge in the nip and suppress the occurrence of scratches on the electrophotographic photosensitive member.
- a dispersion component for example, conductive particles and a solvent
- a binder resin together with glass beads having a diameter of 0.8 mm
- the dispersion treatment is performed for 5 to 60 hours using a paint shaker disperser.
- porous particles are added and further dispersed.
- the dispersion time is preferably 2 minutes or more and 30 minutes or less.
- the viscosity of this dispersion is adjusted to 3 to 30 mPa, more preferably 3 to 20 mPa to obtain a coating solution for the surface layer.
- a coating film of a coating solution for the surface layer is formed on the conductive substrate by dipping or the like.
- the thickness of the coating film is preferably 0.5 to 50 ⁇ m after drying, more preferably 1 to 20 ⁇ m, and particularly preferably 1 to 10 ⁇ m.
- the film thickness of the surface 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. Measurements are made at a total of 9 points, 3 points in the longitudinal direction of the charging member and 3 points in the circumferential direction, and the average value is taken as the film thickness.
- the film thickness is thick, that is, when the amount of the solvent in the coating solution is small, the solvent volatilization rate is slowed, and it may be difficult to control the holes. Therefore, it is preferable to make the solid content concentration of the coating solution relatively small.
- the proportion of the solvent with respect to the coating solution is preferably 40% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, and particularly preferably 60% by mass or more.
- the specific gravity of the coating solution is preferably adjusted to 0.8000 or more and 1.200 or less, and more preferably 0.8500 or more and 1.000 or less. It is because it becomes easy to control permeation of the binder resin into the pores of the inner layer portion and the outer layer portion of the porous particles at a desired speed by setting the amount within this range.
- the conductive surface layer of the present invention may contain insulating particles in addition to the conductive fine particles.
- the material constituting the 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 salts. Further, iron oxides such as ferrite, magnetite and hematite and activated carbon can also be used.
- the conductive surface layer may further contain a release agent in order to improve the releasability.
- a release agent in the conductive 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 mold release agent is a liquid, it acts as a leveling agent when forming the conductive surface layer.
- the conductive surface layer may be subjected to a surface treatment. Examples of the surface treatment include a surface processing treatment using UV or electron beam and a surface modification treatment for attaching and / or impregnating a compound to the surface.
- the volume resistivity of the conductive surface layer of the present invention is preferably 1 ⁇ 10 2 ⁇ ⁇ cm or more and 1 ⁇ 10 16 ⁇ ⁇ cm or less in an environment of a temperature of 23 ° C. and a relative humidity of 50%. By setting it within this range, it becomes easier to appropriately charge the electrophotographic photosensitive member by discharging.
- the volume resistivity of the conductive surface layer is determined as follows. First, a conductive surface layer is cut out from the charging member into a strip having a length of 5 mm, a width of 5 mm, and a thickness of about 1 mm. A measurement sample is obtained by vapor-depositing a metal on both sides of the obtained test piece. When the conductive surface layer cannot be cut out with a thin film, a coating film is formed by applying a coating solution for the surface layer on the aluminum sheet, and a measurement sample is obtained by depositing metal on the coating film surface. . A voltage of 200 V is applied to the obtained measurement sample using a microammeter (trade name: ADVANTEST R8340A, ULTRA HIGH RESISTANCE METER, manufactured by Advantest Corporation). Then, the current after 30 seconds is measured and calculated from the film thickness and the electrode area. The volume resistivity of the conductive surface layer can be adjusted by the conductive particles described above.
- the conductive particles preferably have an average particle size of 0.01 ⁇ m to 0.9 ⁇ m, and more preferably 0.01 ⁇ m to 0.5 ⁇ m. Within this range, the volume resistivity of the surface layer can be easily controlled.
- a conductive elastic layer may be formed between the conductive substrate and the conductive surface layer.
- a binder material used for the conductive elastic layer a known rubber or resin can be used. From the viewpoint of securing a sufficient nip between the charging member and the photosensitive member, it is preferable to have relatively low elasticity, and it is more preferable to use rubber. Examples of rubber include natural rubber, a vulcanized product thereof, and synthetic rubber.
- Examples of the synthetic rubber include the following. Ethylene propylene rubber, styrene butadiene rubber (SBR), silicone rubber, urethane rubber, isoprene rubber (IR), butyl rubber, acrylonitrile butadiene rubber (NBR), chloroprene rubber (CR), acrylic rubber, epichlorohydrin rubber and fluorine rubber.
- SBR styrene butadiene rubber
- silicone rubber silicone rubber
- urethane rubber isoprene rubber
- IR isoprene rubber
- NBR acrylonitrile butadiene rubber
- CR chloroprene rubber
- acrylic rubber epichlorohydrin rubber and fluorine rubber.
- the conductive elastic layer preferably has a volume resistivity of 10 2 ⁇ ⁇ cm or more and 10 10 ⁇ ⁇ cm or less 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 the aforementioned conductive fine particles and ionic conductive agent to the binder material. Examples of the ion conductive agent include the following.
- Inorganic ionic substances such as lithium perchlorate, sodium perchlorate, calcium perchlorate; lauryltrimethylammonium chloride, stearyltrimethylammonium chloride, octadecyltrimethylammonium chloride, dodecyltrimethylammonium chloride, hexadecyltrimethylammonium chloride, trioctylpropylammonium Cationic surfactants such as bromide, modified aliphatic dimethylethylammonium ethosulphate; zwitterionic surfactants such as lauryl betaine, stearyl betaine, dimethylalkyl lauryl betaine; tetraethylammonium perchlorate, tetrabutylammonium perchlorate, A quaternary ammonium salt such as trimethyloctadecyl ammonium perchlorate; and tri Organic acids such as lithium salts of Le Oro lithium methanesulfonate
- the binder material is a polar rubber
- the conductive elastic layer may contain additives such as a softening oil and a plasticizer and the above-described insulating particles in addition to the conductive fine particles.
- the conductive elastic layer can be provided by adhering to a conductive substrate or a conductive surface layer with an adhesive. It is preferable to use a conductive adhesive.
- the volume resistivity of the conductive elastic layer is determined by using a volume resistivity measurement sample obtained by molding a material used for the conductive elastic layer into a sheet having a thickness of 1 mm and depositing metal on both surfaces thereof. It can be measured in the same manner as the method for measuring the volume resistivity of the surface layer.
- the charging member according to the present invention only needs to have a conductive base and a conductive surface layer, and the shape thereof may be any of a roller shape, a flat plate shape, and the like.
- the charging member will be described in detail with a charging roller as an example of the charging member.
- the conductive substrate may be bonded to the layer immediately above it via an adhesive.
- the adhesive is preferably conductive.
- the adhesive may have a known conductive agent.
- the binder of the adhesive include a thermosetting resin and a thermoplastic resin, and known urethane, acrylic, polyester, polyether, and epoxy resins can be used.
- a conductive agent for imparting conductivity to the adhesive it 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.
- the charging roller of the present invention usually has an electric resistance value of 1 ⁇ 10 3 ⁇ or more in an environment having a temperature of 23 ° C. and a relative humidity of 50% in order to improve the charging of the electrophotographic photosensitive member. More preferably, it is 10 10 ⁇ or less.
- FIG. 8 shows a method of measuring the electrical resistance value of the charging roller.
- Both ends of the conductive substrate 1 are brought into contact with a cylindrical metal 32 having the same curvature as that of the electrophotographic photosensitive member by a bearing 33 under load so as to be parallel to each other.
- the cylindrical metal 32 is rotated by a motor (not shown), and a DC voltage of ⁇ 200 V is applied from the stabilizing power supply 34 while the charging roller 5 that is in contact with the rotation is driven to rotate.
- the current flowing at this time is measured by an ammeter 35, and the electric resistance value of the charging roller is calculated.
- the load is 4.9 N
- the metal cylinder has a diameter of 30 mm
- the rotation of the metal cylinder has a peripheral speed of 45 mm / sec.
- the charging roller of the present invention preferably has a crown shape that is thickest at the center in the longitudinal direction and narrows toward both ends in the longitudinal direction from the viewpoint of making the nip width in the longitudinal direction uniform with respect to the electrophotographic photosensitive member.
- the crown amount is preferably such that the difference (average value) between the outer diameter of the central portion and the outer diameter at positions 90 mm away from the central portion to both ends is not less than 30 ⁇ m and not more than 200 ⁇ m.
- the surface hardness of the charging member is preferably 90 ° or less, more preferably 40 ° or more and 80 ° or less in terms of micro hardness (MD-1 type A). By setting it within this range, it is easy to stabilize the contact with the electrophotographic photosensitive member, and more stable in-nip discharge can be performed.
- micro hardness (MD-1 type A) is the hardness of the charging member measured using an Asker micro rubber hardness meter MD-1 type A (trade name, manufactured by Kobunshi Keiki Co., Ltd.). .
- the hardness meter is a value measured in a 10 N peak hold mode with respect to a charging member left for 12 hours or more in an environment of normal temperature and normal humidity (temperature 23 ° C., relative humidity 55%).
- the 10-point average surface roughness (Rzjis) of the surface of the charging member is preferably 8 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less. More preferably, they are 12 micrometers or more and 60 micrometers or less.
- interval (RSm) of a surface is 20 micrometers or more and 300 micrometers or less, More preferably, they are 50 micrometers or more and 200 micrometers or less. By setting it within this range, it becomes easier to form a gap in the nip with the electrophotographic photosensitive member, and stable discharge within the nip can be performed.
- the ten-point average surface roughness and the uneven average interval were measured in accordance with JIS B 0601-1994 surface roughness standards, and the surface roughness measuring instrument “SE-3500” (trade name, manufactured by Kosaka Laboratory Ltd.) ).
- the ten-point average surface roughness is an average value obtained by arbitrarily measuring six charging members.
- the average unevenness interval is calculated as an average value of “average value of 6 locations” by measuring 10 unevenness intervals at each of the 6 arbitrary locations to obtain an average value thereof.
- the cut-off value is set to 0.8 mm
- the evaluation length is set to 8 mm.
- the process cartridge according to the present invention is a process cartridge characterized in that the charging member according to the present invention is at least integrated with a member to be charged and is detachable from the main body of the electrophotographic apparatus.
- FIG. 10 shows a schematic configuration of an example of a process cartridge including the charging member of the present invention.
- This process cartridge integrates the electrophotographic photosensitive member 4, the charging device, the developing device having the developing roller 6, the blade-type cleaning member 10, the cleaning device having the collection container 14, and the like so as to be detachable from the main body of the electrophotographic device. It is configured.
- An electrophotographic apparatus is an electrophotographic apparatus including the charging member and a member to be charged.
- FIG. 9 shows a schematic configuration of an example of an electrophotographic apparatus provided with the charging member of the present invention.
- the electrophotographic apparatus includes an electrophotographic photosensitive member, a charging device for the electrophotographic photosensitive member, a latent image forming device that performs exposure, a developing device that develops the latent image, a transfer device, and a cleaning that collects transfer toner on the electrophotographic photosensitive member. And a fixing device for fixing the toner image.
- the electrophotographic photoreceptor 4 is a rotary drum type having a photosensitive layer on a conductive substrate.
- the electrophotographic photosensitive member is rotationally driven at a predetermined peripheral speed (process speed) in the direction of the arrow.
- the charging device includes a contact-type charging roller 5 that is placed in contact with the electrophotographic photosensitive member 4 by contacting the electrophotographic photosensitive member 4 with a predetermined pressing force.
- the charging roller 5 is driven rotation that rotates in accordance with the rotation of the electrophotographic photosensitive member, and charges the electrophotographic photosensitive member to a predetermined potential by applying a predetermined DC voltage from the charging power source 19.
- an exposure apparatus such as a laser beam scanner is used.
- An electrostatic latent image is formed by performing exposure corresponding to image information on the uniformly charged electrophotographic photosensitive member.
- the developing device includes a developing sleeve or a developing roller 6 disposed close to or in contact with the electrophotographic photosensitive member 4.
- the toner electrostatically processed to the same polarity as the charged polarity of the electrophotographic photosensitive member is reversely developed to develop the electrostatic latent image to form a toner image.
- the transfer device has a contact-type transfer roller 8.
- the toner image is transferred from the electrophotographic photosensitive member to a transfer material 7 such as plain paper.
- the transfer material is conveyed by a paper feeding system having a conveying member.
- the cleaning device has a blade-type cleaning member 10 and a collection container 14 and mechanically scrapes and collects transfer residual toner remaining on the electrophotographic photosensitive member after transfer.
- the fixing device 9 is constituted by a heated roll or the like, and fixes the transferred toner image on the transfer material 7 and discharges it outside the apparatus.
- porous particles are made of a photocurable resin such as visible light. Embed by a curable embedding resin (trade name: D-800, manufactured by Nissin EM Co., Ltd., or trade name: Epok 812 set, manufactured by Oken Shoji Co., Ltd.).
- an ultramicrotome (trade name: LEICA EM UCT, manufactured by Leica) equipped with a diamond knife (trade name: DiATOME CRYO DRY, manufactured by DIATOME), and a cryo system (trade name: LEICA EM FCS, manufactured by Leica) )
- a diamond knife (trade name: DiATOME CRYO DRY, manufactured by DIATOME)
- a cryo system (trade name: LEICA EM FCS, manufactured by Leica) )
- the center of the porous particle is cut out, and a section having a thickness of 100 nm is created.
- staining is performed using any of osmium tetroxide, ruthenium tetroxide, and phosphotungstic acid, and a transmission electron microscope (trade name: H-7100FA, manufactured by Hitachi, Ltd.) is used.
- a cross-sectional image of the porous particles is taken. This is done for any 100 particles.
- the embedding resin and the dyeing agent are appropriately selected depending on the material of the porous particles. At that time, a combination in which the pores of the porous particles can be clearly confirmed is selected.
- the ratio of the total area Sv of the void portion in the cross-sectional image to the total area S including the region including the void portion (100 Sv / S) Is calculated. This average value is defined as the porosity (%) of the resin particles.
- each volume is calculated for any ten locations in the hole portion observed in black. Find the diameter of a sphere with a volume equal to this volume. This operation is performed for 10 arbitrary resin particles, the average value of the diameters of a total of 100 obtained spheres is calculated, and the average value is taken as the pore diameter of the resin particles.
- FIG. 5 is a diagram schematically showing the resin particles forming the convex portions on the surface of the charging member. The method for calculating the porosity will be described below using this drawing. First, the center of gravity 107 of the resin particle is calculated from the “three-dimensional particle shape”.
- an imaginary plane 115 parallel to the surface of the charging member and passing through the center of gravity of the resin particles is produced, and this plane is calculated from the center of gravity of the resin particles by ( ⁇ 3) / 2 times the radius r of the sphere.
- the distance of the center of gravity 107 is translated to the position of the convex portion apex side, that is, the position of 117.
- the region 106 on the convex portion apex side surrounded by the plane 116 formed by the parallel movement and the surface of the resin particle is assumed to be a “convex portion of the solid particle when the resin particle is assumed to be a solid particle. It is referred to as “vertex side area”.
- the total volume of holes is calculated from the “three-dimensional particle shape”, and the ratio of the region to the total volume including the holes is calculated. This is defined as a porosity V 11 in the “convex portion apex region” of the resin particles. Further, the total volume of pores of the entire resin particle is calculated from the “three-dimensional particle shape”, and the ratio to the total volume including the region including the pore of the resin particle is calculated. This is defined as the porosity Vt of the entire resin particle.
- Example of production of porous particles > [Production Example A1] To 400 parts by mass of deionized water, 8.0 parts by mass of tricalcium phosphate was added to prepare an aqueous medium. Next, 38.0 parts by weight of methyl methacrylate as a polymerizable monomer, 26.0 parts by weight of ethylene glycol dimethacrylate as a crosslinkable monomer, and 34.1 parts by weight of normal hexane as a first porogen An oily mixed liquid was prepared by mixing 8.5 parts by weight of ethyl acetate as a second porogen and 0.3 part by weight of 2,2′-azobisisobutyronitrile.
- the oily mixed solution was dispersed in an aqueous medium with a homomixer at a rotational speed of 2000 rpm. Then, it is charged into a polymerization reaction vessel purged with nitrogen and subjected to suspension polymerization at 60 ° C. for 6 hours while stirring at 250 rpm. An aqueous suspension containing porous resin particles, normal hexane and ethyl acetate is obtained. Obtained. To this aqueous suspension, 0.4 parts by mass of sodium dodecylbenzenesulfonate was added, and the concentration of sodium dodecylbenzenesulfonate was adjusted to 0.1% by mass with respect to water.
- the obtained aqueous suspension was distilled to remove normal hexane and ethyl acetate, and the remaining aqueous suspension was repeatedly filtered and washed with water, and then dried at 80 ° C. for 5 hours. Crushing and classification were performed with a sonic classifier to obtain resin particles A1 having an average particle size of 30.5 ⁇ m.
- the resin particle A1 was a “porous particle” having a pore of about 21 nm in the inner layer portion of the particle and a pore of about 87 nm in the outer layer portion. It was.
- resin particles A25 The following particles without pores were prepared.
- resin particles A25 crosslinked polymethylmethacrylate resin particles (trade name: MBX-30, manufactured by Sekisui Plastics Co., Ltd.) were used as they were.
- Resin particle A34 is a particle having a volume average particle diameter of 10.0 ⁇ m obtained by classifying the above particles.
- An aqueous medium was prepared by adding 10.5 parts by weight of tribasic calcium phosphate and 0.015 parts by weight of sodium dodecylbenzenesulfonate to 300 parts by weight of deionized water. Next, 65 parts by mass of lauryl methacrylate, 30 parts by mass of ethylene glycol dimethacrylate, 0.04 parts by mass of poly (ethylene glycol-tetramethylene glycol) monomethacrylate, and 0.5 parts by mass of azobisisobutyronitrile were mixed. A mixture was prepared. The oily mixture was dispersed in an aqueous medium with a homomixer at a rotation speed of 4800 rpm.
- the polymer was charged into a polymerization reaction vessel purged with nitrogen, and suspension polymerization was performed at 70 ° C. for 8 hours while stirring at 250 rpm. After cooling, hydrochloric acid was added to the resulting suspension to decompose calcium phosphate, and filtration and washing were repeated. After drying at 80 ° C. for 5 hours, pulverization and classification were performed with a sonic classifier to obtain resin particles A26 having an average particle size of 10.0 ⁇ m. When the cross section of the particle was observed by the method described above, the particle was a particle having a plurality of pores of about 300 nm inside the particle (hereinafter referred to as “multi-hollow particle”).
- resin particles A27 crosslinked polymethyl methacrylate resin particles (trade name: MBP-8, manufactured by Sekisui Plastics Co., Ltd.) were used as they were.
- the volume average particle size was 8.1 ⁇ m.
- the particle was a “multi-hollow particle” having a plurality of pores of about 300 nm inside the particle.
- Resin particles A28 were obtained in the same manner as in Production Example A26 except that the number of revolutions of the homomixer was changed to 3600 rpm. The particles were “multi-hollow particles”.
- Resin particles A29 are obtained in the same manner as in Production Example A26 except that poly (ethylene glycol-tetramethylene glycol) monomethacrylate is changed to 0.15 parts by mass, and the rotation speed of the homomixer is changed to 4000 rpm. It was. The particles were “multi-hollow particles”.
- Resin particles A30 were obtained in the same manner as in Production Example A28 except that poly (ethylene glycol-tetramethylene glycol) monomethacrylate was changed to 0.3 parts by mass. The particles were “multi-hollow particles”.
- An aqueous medium was prepared by adding 20 parts by weight of tribasic calcium phosphate and 0.04 parts by weight of sodium dodecylbenzenesulfonate to 300 parts by weight of deionized water. Next, 10 parts by mass of methyl acrylate, 81 parts by mass of styrene, 9 parts by mass of divinylbenzene, 0.8 part by mass of azobisisobutyronitrile, and a surfactant (trade name: Solsperse 26000, manufactured by Lubrizol) 1 An oily mixed liquid in which parts by mass were mixed was prepared. The oily mixture was dispersed in an aqueous medium with a homomixer at a rotation speed of 4200 rpm.
- resin particles A31 having an average particle diameter of 13.2 ⁇ m were obtained in the same manner as in Production Example A26.
- the particle was a particle having one hollow part inside the particle (hereinafter referred to as “single hollow particle”).
- the hole diameter of the hollow portion was 3.8 ⁇ m.
- Resin particles A32 were obtained in the same manner as in Production Example A26 except that poly (ethylene glycol-tetramethylene glycol) monomethacrylate was changed to 0.2 parts by mass and the rotation speed of the homomixer was changed to 3900 pm. The particles were “multi-hollow particles”.
- thermo expansion microcapsules (trade name: EXPANCEL 930-120, manufactured by Nippon Philite Co., Ltd.) were used as they were. These particles had an average particle diameter of 20.2 ⁇ m and had no pores inside.
- 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 wet pulverization by vacuum distillation (bath temperature: 110 ° C., product temperature: 30-60 ° C., degree of vacuum: about 100 Torr) using a kneader, and surfaced at 120 ° C. for 2 hours.
- the treating 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 obtained surface-treated titanium oxide particles had an average particle size of 15 nm and a volume resistivity of 5.2 ⁇ 10 15 ⁇ ⁇ cm.
- 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 244 mm, and the dried product was used as a conductive substrate.
- 0.8 part by mass of sulfur as a vulcanizing agent 1 part by mass of dibenzothiazyl sulfide (DM) and 0.5 part by mass of tetramethylthiuram monosulfide (TS) were added as a vulcanization accelerator. Subsequently, it knead
- DM dibenzothiazyl sulfide
- TS tetramethylthiuram monosulfide
- the rubber roller was heated in a hot air oven at 160 ° C. for 1 hour, and then the end of the elastic layer was removed to make the length 224 mm. Further, secondary heating was performed at 160 ° C. for 1 hour to obtain a layer thickness of 1.
- a roller having a 75 mm pre-coating layer was prepared.
- the outer peripheral surface of the obtained roller was polished using a plunge cut type cylindrical polishing machine.
- a vitrified wheel was used as the polishing wheel, the abrasive grains were green silicon carbide (GC), and the particle size was 100 mesh.
- the rotational speed of the roller was 350 rpm, and the rotational speed of the grinding wheel was 2050 rpm.
- the rotation direction of the roller and the rotation direction of the grinding wheel were the same direction (driven direction).
- the cutting speed is changed stepwise from 10 mm / min to 0.1 mm / min from when the grindstone contacts the unpolished roller until it is polished to 9 mm in diameter, and the spark-out time (time at 0 mm cutting) is 5 seconds.
- An elastic roller was prepared. The thickness of the elastic layer was adjusted to 1.5 mm. The crown amount of this roller was 100 ⁇ m.
- the elastic roller was immersed in the coating solution with its longitudinal direction set to the vertical direction, and coated by a dipping method.
- the dipping time was 9 seconds
- the pulling speed was 20 mm / s for the initial speed, 2 mm / s for the final speed, and the speed was changed linearly with respect to the time.
- the obtained coated material is air-dried at 23 ° C. for 30 minutes, and then dried in a hot air circulating drying furnace at a temperature of 80 ° C. for 30 minutes and further at a temperature of 160 ° C. for 1 hour to cure the coating film,
- a charging roller 1 having an elastic layer and a surface layer formed in this order on the outer peripheral portion of the conductive substrate was obtained.
- the film thickness of the surface layer was 4.9 ⁇ m.
- the film thickness of the surface layer was measured in the location where the resin particles do not exist.
- the applied voltage was a superposed voltage of alternating current and direct current, the alternating voltage was peak peak voltage (Vpp) 1400V, frequency (f) 1350 Hz, and direct current voltage (Vdc) was ⁇ 560V.
- the image resolution was output at 600 dpi.
- the process cartridge for the printer was used as the process cartridge.
- the attached toner was taken out from the process cartridge.
- the attached toner was taken out from the process cartridge of a monochrome laser printer manufactured by Canon Inc. (“LBP6200” (trade name)), and the same mass as the mass taken out was put into the process cartridge.
- the attached charging roller was removed from the process cartridge, and the charging roller 1 was set instead. Further, as shown in FIG. 11, the charging roller was brought into contact with the electrophotographic photosensitive member with a pressing force of a spring of 4.9 N at one end and a total of 9.8 N at both ends.
- This process cartridge is placed in environment 1 (temperature 7.5 ° C., relative humidity 30% environment), environment 2 (temperature 15 ° C., relative humidity 10% environment), and environment 3 (temperature 23 ° C., relative humidity 50%). Environment) for 24 hours. Thereafter, an electrophotographic image was formed in each environment.
- the halftone image is an image in which a horizontal line having a width of 1 dot and an interval of 2 dots is drawn in a direction perpendicular to the rotation direction of the electrophotographic photosensitive member.
- the solid white image and the halftone image thus obtained were visually observed.
- the solid white image was evaluated based on the following criteria for the vertical streak image, and the halftone image was evaluated for the horizontal streak image.
- Rank 1 No vertical streak image or horizontal streak image is generated.
- Rank 2 Only slight vertical and horizontal streak images are recognized.
- Rank 3 In some cases, a vertical streak image and a horizontal streak image can be confirmed by the pitch of the charging roller, but there is no practical problem.
- Rank 4 Vertical and horizontal streak images are conspicuous, and deterioration in image quality is observed.
- Table 9 shows the evaluation results.
- image No. 1-No. Reference numeral 4 denotes a solid white image after outputting 2.5 thousand sheets, after outputting 5000 sheets, after outputting 7.5 thousand sheets, and after outputting 10,000 sheets.
- image No. 5-No. Reference numeral 8 denotes a halftone image after 2.5 thousand sheets are output, after 5,000 sheets are output, after 7.5 thousand sheets are output, and after 10,000 sheets are output.
- the reduction of the discharge intensity in the nip of the charging roller in the electrophotographic image forming process may generate the horizontal streak image, and this image evaluation has the effect of suppressing the reduction of the discharge intensity in the nip and the electrophotography. This is to see the correlation with image quality.
- the high-speed gate I.D. I By observing with a high-speed camera FASTCAM-SA1.1 (product name, manufactured by Hamamatsu Photonics) through unit C9527-2 (product name, manufactured by Hamamatsu Photonics), discharge in the nip of the charging roller The strength was confirmed. The voltage applied to the charging roller was the same as the image evaluation (durability evaluation).
- the charging roller before the durability evaluation was observed, and further, the charging roller after the durability evaluation was observed. Thereby, it was confirmed whether or not the discharge intensity in the nip could be maintained, and the correlation with the quality of the electrophotographic image was confirmed.
- the discharge in the nip was shot at a shooting speed of 3000 fps for about 0.3 seconds, and an image obtained by averaging the moving images was output.
- the sensitivity was adjusted as appropriate, and the brightness of the photographed image was adjusted.
- the output images were compared before and after durability evaluation, and judged according to the following criteria. Rank 1: Discharge intensity in the nip does not change before and after durability evaluation. Rank 2: A slight change in the discharge intensity in the nip was observed before and after the durability evaluation. Rank 3: A decrease in the discharge intensity in the nip is observed in a part of the nip before and after the durability evaluation. Rank 4: Almost no discharge in the nip occurred after the durability evaluation.
- Table 9 shows the evaluation results.
- the observation environment for the discharge in the nip was environment 2. This is because environment 2 is the environment where the humidity is the lowest and the environment where the non-uniformity of the electrical resistance value of the charging roller is most easily promoted. Simultaneously with the charging member, the glass plate for observation was also left in the environment 2 and observed immediately after taking out from the environment 2.
- Examples 2 to 5 Charging members 2 to 5 were obtained in the same manner as in Example 1 except that the type of resin particles was changed as shown in Table 8.
- Example 6 In the formation of the surface layer, the charging member 6 was obtained in the same manner as in Example 5 except that the drying at 160 ° C. for 1 hour was changed to the drying at 170 ° C. for 1 hour.
- Example 7 [1. Preparation of surface layer coating solution] Methyl isobutyl ketone was added to a caprolactone-modified acrylic polyol solution “Placcel DC2016” (trade name, manufactured by Daicel Corporation) to adjust the solid content to 11% by mass.
- Placcel DC2016 trade name, manufactured by Daicel Corporation
- Example 14 A charging member 14 was obtained in the same manner as in Example 6 except that the type of resin particles was changed as shown in Table 8.
- Example 15 to 21 Charging members 15 to 21 were obtained in the same manner as in Example 1 except that the type of resin particles was changed as shown in Table 8.
- the charging member 22 was formed in the same manner as in Example 21 except that the coating liquid for the elastic roller and the surface layer was changed to the above, and the final drying temperature of the surface layer coating film was changed to 130 ° C. Obtained.
- Example 23 A charging member 23 was obtained in the same manner as in Example 22 except that the type of resin particles was changed as shown in Table 8.
- Example 24> Fabrication of elastic roller Acrylonitrile butadiene rubber (NBR) (trade name: N230SV, manufactured by JSR Co., Ltd.) 100 parts by mass, other four kinds of materials shown in Table 7 below were added, and the mixture was adjusted to 50 ° C. for 15 minutes.
- the raw material compound was prepared by kneading. To this was added 1.2 parts by mass of sulfur as a vulcanizing agent, and 4.5 parts by mass of tetrabenzylthiuram disulfide (TBzTD) (trade name: Parkasit TBzTD, manufactured by Flexis) as a vulcanization accelerator, and the temperature was 25 ° C.
- the conductive rubber composition was produced by kneading for 10 minutes in a cooled two-roll mill. Then, except having changed the kind of resin particle as shown in Table 8, it carried out similarly to Example 7, and obtained the charging member 24.
- Examples 25 and 26 Charging members 25 and 26 were obtained in the same manner as in Example 24 except that the type of resin particles was changed as shown in Table 8.
- a charging member C1 was obtained in the same manner as in Example 22 except that the resin particle A25 (solid particle) was used instead of the resin particle A20.
- the convex portion of the charging member had no holes.
- a charging member C2 was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that the resin particle A26 was used instead of the resin particle A25 (solid particle). In this charging member, the resin particles did not satisfy the porosity condition of the present invention.
- a charging member C3 was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that the resin particle A27 was used instead of the resin particle A25 (solid particle). The convex portion of the charging member had no holes.
- a charging member C9 was obtained in the same manner as in Example 22 except that the final drying temperature of the surface layer coating film was changed to 160 ° C. and the drying time was changed to 30 minutes.
- the resin particles A33 expanded, and a convex portion derived from “single hollow particles” was formed on the surface of the charging member.
- the resin particles did not satisfy the porosity conditions of the present invention.
- a charging member C10 was obtained in the same manner as in Example 22 except that the resin particle A34 (solid particle) was used instead of the resin particle A20.
- the convex portion of the charging member had no holes.
- a charging member C11 was obtained in the same manner as in Comparative Example 9, except that the final drying temperature of the surface layer coating film was changed to 140 ° C. Also in this comparative example, similarly to the comparative example 9, convex portions derived from single hollow particles were formed on the surface of the charging member. In this charging member, the resin particles did not satisfy the porosity condition of the present invention.
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Abstract
優れた帯電能力を備えると共に、電子写真感光体の表面の傷を生じさせにくい帯電部材の提供。導電性基体と導電性の表面層を有し、該表面層は、バインダー樹脂と、該バインダー樹脂に分散されている導電性粒子と、該表面層を粗面化させている樹脂粒子と、を含み、該表面層は、その表面に該樹脂粒子に由来する複数の凸部を有し、該凸部を形成している樹脂粒子は、その内部に空孔を有し、粒子全体の空孔率が2.5体積%以下であり、かつ、該樹脂粒子が空孔を有しない中実粒子であると仮定したときの該中実粒子内の11体積%を占める領域であって該導電性基体からの距離が最も離れた領域における空孔率が5体積%以上、20体積%以下である帯電部材。
Description
本発明は、電圧を印加して被帯電体である電子写真感光体の表面を所定の電位に帯電するための帯電部材、それを用いたプロセスカートリッジ及び電子写真画像形成装置(以下、「電子写真装置」と称す。)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、クリーニング装置及び定着装置からなる。帯電装置としては、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接触帯電装置が多く採用されている。
接触帯電による電子写真感光体の帯電をより安定化させるため、特許文献1及び特許文献2には、表面に樹脂粒子等に由来した凸部を有する表面層を備えた接触帯電用の帯電部材が開示されている。このような帯電部材を用いることで電子写真感光体の帯電がより安定化する。その結果、電子写真感光体の帯電が不均一な場合に生じることがある、電子写真画像への横スジ状のムラの発生を抑制することができる。
なお、表面に凸部を形成してなる帯電部材の使用によって電子写真感光体の帯電が安定化する理由は、帯電部材と電子写真感光体とのニップ内に当該凸部の存在によって微小な空隙が形成され、その空隙において放電が生じるためであると考えられている(特許文献3)。
ところで、本発明者らの検討によれば、特許文献1及び特許文献2に記載されているように、表面層に上記樹脂粒子に由来する凸部を形成してなる表面層を備えた帯電部材は、感光体との当接時に当該凸部に当接圧が集中する。その結果、帯電部材と電子写真感光体との間で、スリップが発生した際に、電子写真感光体の表面に傷を生じさせる場合があった。
転写工程後にも電子写真感光体上に残存しているトナー(以降、「残存トナー」ともいう)は、本来、クリーニング工程においてクリーニングブレード等によって除去されるべきものである。しかしながら、感光体の表面に上記したような傷が生じた場合、当該傷の部分で残存トナーがクリーニングブレードをすり抜け、クリーニング工程を経た後にも感光体上に残留することがある。かかるトナーは、次の電子写真画像形成サイクルにおいて形成される電子写真画像のベタ白の部分に、縦スジ状のムラを生じさせることがある。なお、縦スジ状のムラが生じた電子写真画像を、以下、「縦スジ画像」と称することがある。
近年の電子写真画像形成装置の長寿命化、電子写真画像の出力枚数の増加さらには電子写真画像の形成プロセスの高速化に伴って、感光体には上記したような傷が、より生じやすくなってきている。
そこで、本発明の目的は、優れた帯電能力を備えると共に、電子写真感光体の表面の傷を生じさせにくい帯電部材の提供にある。また、本発明の他の目的は、高品位な電子写真画像の安定的な形成に資す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。
本発明によれば、導電性基体と導電性の表面層を有する帯電部材であって、該表面層は、バインダー樹脂と、該バインダー樹脂に分散されている導電性粒子と、該表面層を粗面化させている樹脂粒子と、を含み、該表面層は、その表面に該樹脂粒子に由来する複数の凸部を有し、該凸部を形成している樹脂粒子は、その内部に空孔を有し、粒子全体の空孔率Vtが2.5体積%以下であり、かつ、該樹脂粒子が空孔を有しない中実粒子であると仮定したときの該中実粒子内の11体積%を占める領域であって該導電性基体からの距離が最も離れた領域における空孔率V11が5体積%以上、20体積%以下である帯電部材が提供される。
また、本発明によれば、上記帯電部材が被帯電体と少なくとも一体化され、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。さらに、本発明によれば、上記帯電部材と、被帯電体とを有する電子写真装置が提供される。
本発明によれば、優れた帯電能力を備えると共に、電子写真感光体の表面の傷を生じさせにくい帯電部材を得ることができる。また、本発明によれば、高品位な電子写真画像の安定的な形成に資するプロセスカートリッジ及び電子写真装置を得ることができる。
図1Aに本発明に係る帯電部材の断面の一例を示す。この帯電部材は導電性基体1と、その周面を被覆している導電性の表面層3とを有する。また、図1B及び1Cに示すように、本発明に係る帯電部材は、導電性基体1と導電性の表面層3の間に、1層以上の導電性の弾性層2を設けた構成とすることができる。尚、導電性基体1と導電性基体上に順次積層する層(例えば、図1Aに示す導電性の表面層3、図1Bに示す導電性の弾性層2、図1Cに示す導電性の弾性層21)は、導電性接着剤を介して接着してもよい。導電性にするための接着剤には、公知の導電剤を用いることができる。また、図1Bに示す、導電性の弾性層2と導電性の表面層3の間、図1Cに示す導電性の弾性層21と導電性の弾性層22の間も、導電性接着剤を介して接着することができる。
図2は、本発明に係る帯電部材の部分断面図である。表面層3は、バインダー樹脂(不図示)と該バインダー樹脂に分散されている導電性粒子(不図示)と、該表面層を粗面化させるための樹脂粒子104を含む。そして、該表面層3は、その表面に樹脂粒子104に由来する複数の凸部105を有している。
図3は、凸部105の拡大断面図である。凸部105を形成している樹脂粒子104は、内部に空孔を有している。そして、該樹脂粒子の全体の空孔率Vtは2.5体積%以下である。
また、樹脂粒子104について、該樹脂粒子が空孔を有しない中実粒子であると仮定したときの該中実粒子内の11体積%を占める領域であって、導電性基体からの距離が最も遠い領域、における空孔率V11が、5体積%以上、20体積%以下である。なお、帯電部材の表面層の凸部を形成している樹脂粒子について、該樹脂粒子が空孔を有しない中実粒子であると仮定したときの該中実粒子内の11体積%を占める領域を、以降、「凸部頂点側領域」ということがある。「凸部頂点側領域」は、具体的には、図3の符号106で示される領域である。
本発明者らは、中実の樹脂粒子によって表面が粗面化されてなる従来の帯電部材が、電子写真感光体を帯電する際の当接状態及び放電状態について検討を行った。その過程で、帯電部材と電子写真感光体との間のニップ部を詳細に観察した。その結果、樹脂粒子等に由来する凸部を有する帯電部材は、電子写真感光体とのニップ内において、凸部頂点近傍で接触し、凸部と凸部の間に存在する凹部においては、微小な空隙が形成されていることを知見した。そして、その微小な空隙においては、帯電部材の表面から電子写真感光体の表面への放電現象が生じていることが確認された。
一方、電子写真感光体と帯電部材との接触は、凸部頂点近傍の狭い範囲に限られている。この様な状態で、特に電子写真画像の形成を高速で行った場合、凸部頂点近傍の接触部において、スリップが発生していることが分かった。更に、上記スリップにより、電子写真感光体の表面に、深さ数μm程度の傷を形成していることが分かった。
また、本発明者らによる更なる検討の結果、クリーニング工程において、転写工程後に電子写真感光体上に残存しているトナーが、電子写真感光体の表面に傷が生じた部分において、クリーニングブレードをすり抜ける場合があることが分かった。特に、低温低湿環境においては、トナーの流動性が高いため、トナーのすり抜けが助長されることが分かった。更に、より球形に近いトナーを使用した場合、トナーのすり抜けが顕著になることが分かった。
一方で、本発明者らの検討の結果、上記凸部を形成しない場合は、上記傷の発生はないことが確認できた。しかしながら、この場合には、ニップ内での放電が発生せず、帯電性能の改善は困難であるとの知見を得た。
そこで、本発明者らは、ニップ内での放電を生じさせつつ、凸部の当接に起因する電子写真感光体の表面への傷の発生を抑制すべく検討を行った。その過程において、上記凸部を形成する樹脂粒子の内部に複数の空孔を形成すると、樹脂粒子が変形しやすくなり、帯電部材の凸部と電子写真感光体との接触面積を拡大することができることが分かった。樹脂粒子の空孔率が大きくなればなるほど、上記凸部の変形は大きくなり、凸部と電子写真感光体との接触面積を拡大することができる。これは、凸部頂点近傍の圧力集中を緩和することにつながり、上記スリップの抑制を可能にする。一方、樹脂粒子の空孔率を大きくしすぎると、ニップ部において微小な空隙を生じさせることが困難となる。即ち、ニップ内での放電が発生しにくくなる。
本発明者らは、更に検討を行った結果、凸部頂点近傍に、樹脂粒子内部の空孔を集中させることで、上記スリップの抑制と、ニップ内放電の維持が可能であるとの知見を得た。
即ち、凸部を形成している樹脂粒子としては、下記(i)及び(ii)の要件を満たすものとすることで上記課題を解決できるとの知見を得たのである。
(i)内部に空孔を有しており、そして、樹脂粒子の全体の空孔率Vtは2.5体積%以下であること;および、
(ii)「凸部頂点側領域」(即ち、図3の符号106で示す領域)における空孔率V11が、5体積%以上、20体積%以下であること。
(i)内部に空孔を有しており、そして、樹脂粒子の全体の空孔率Vtは2.5体積%以下であること;および、
(ii)「凸部頂点側領域」(即ち、図3の符号106で示す領域)における空孔率V11が、5体積%以上、20体積%以下であること。
上記の樹脂粒子の空孔率の数値は、帯電部材の表面に形成された凸部頂点近傍、特に、電子写真感光体と帯電部材の表面の凸部との接触部に、空孔が集中して存在することを数値化したものである。尚、上記空孔率の測定方法については、後に詳述する。
前記樹脂粒子の全体の空孔率Vtは、2.5体積%以下である。本範囲内とすることにより、前記ニップ内放電の維持が可能になる。より好ましい範囲としては、2.0体積%以下である。これにより、前記ニップ内放電を、より容易に維持することが可能になる。
また前記「凸部頂点側領域」における空孔率V11は、5体積%以上、20体積%以下である。本範囲内とすることにより、前記スリップの抑制が可能になる。より好ましい範囲としては、5.5体積%以上、15体積%以下である。これにより、上記スリップをより容易に抑制することが可能になる。
上記構成の帯電部材は、帯電部材の表面に存在する凸部頂点近傍のみが変形しやすく、電子写真感光体の表面との接触面積が拡大されている。これにより、当接圧力が緩和され、上記スリップの発生が抑制されることにより、上記傷の発生を抑制することができる。これにより、前記縦スジ画像の発生を抑制することができると本発明者らは推察している。
一方、樹脂粒子全体の空孔率Vtは、上記「凸部頂点側領域」の空孔率V11よりも小さいため、帯電部材の凸部全体は変形しにくく、帯電部材と電子写真感光体とのギャップは維持される。これにより、ニップ内放電の発生が可能となる。本発明者らは、これらの効果により、ニップ内放電を維持しつつ、上記傷の発生を抑制することが可能になったと推察している。ここで、ニップ内放電強度を安定して維持するために、更には、異常放電を発生させないために、前記表面層中のバインダー樹脂には、導電性粒子が分散されている必要があるとの知見も、同時に得た。
<導電性基体>
本発明の帯電部材に用いられる導電性基体は、導電性を有し、その上に設けられる導電性の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、ステンレス鋼、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。
本発明の帯電部材に用いられる導電性基体は、導電性を有し、その上に設けられる導電性の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、ステンレス鋼、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。
<導電性の表面層>
〔バインダー樹脂〕
本発明の導電性の表面層に用いるバインダー樹脂は、公知のゴムまたは樹脂を使用することができる。ゴムとしては、例えば、天然ゴムやこれを加硫処理したもの、合成ゴムを挙げることができる。
〔バインダー樹脂〕
本発明の導電性の表面層に用いるバインダー樹脂は、公知のゴムまたは樹脂を使用することができる。ゴムとしては、例えば、天然ゴムやこれを加硫処理したもの、合成ゴムを挙げることができる。
合成ゴムとしては例えば以下のものが挙げられる。エチレンプロピレンゴム、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、エピクロルヒドリンゴム及びフッ素ゴム。
樹脂としては、例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂の如き樹脂が使用できる。中でも、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、ブチラール樹脂がより好ましい。
これらは、単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。また、これらバインダー樹脂の原料である単量体を共重合させ、共重合体としてもよい。これらの中でも、バインダー樹脂は、上述した樹脂を使用することが好ましい。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。導電性の表面層は、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。本明細書においては、架橋剤等を含む上記混合物についても、以下、「バインダー樹脂」と称して説明する。
〔樹脂粒子〕
本発明の帯電部材の表面層の凸部を形成している樹脂粒子は、前述の空孔率を有する多孔質の樹脂粒子である。樹脂粒子の材質としては、例えば以下の高分子化合物が挙げられる。アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、アクリロニトリル樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、オレフィン樹脂、エポキシ樹脂、これらの共重合体や変性物、誘導体等の樹脂、エチレン-プロピレン-ジエン共重合体(EPDM)、スチレン-ブタジエン共重合ゴム(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、クロロプレンゴム(CR)、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリスチレン系熱可塑性エラストマー、フッ素ゴム系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、ポリブタジエン系熱可塑性エラストマー、エチレン酢酸ビニル系熱可塑性エラストマー、ポリ塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、塩素化ポリエチレン系熱可塑性エラストマーの如き熱可塑性エラストマー。これらの高分子化合物からなる樹脂粒子は、バインダー樹脂への分散が容易である。中でも、アクリル樹脂、スチレン樹脂、及びアクリルスチレン樹脂から選択される1種以上の樹脂を使用することがより好ましい。その理由は、多孔質の樹脂粒子を作製しやすいこと、及び、帯電部材の表面に凸部を形成した際に、電子写真感光体との間に、ニップ内放電を発生させるための微小な空隙を、多様な環境下で安定して維持し得るためである。
本発明の帯電部材の表面層の凸部を形成している樹脂粒子は、前述の空孔率を有する多孔質の樹脂粒子である。樹脂粒子の材質としては、例えば以下の高分子化合物が挙げられる。アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、アクリロニトリル樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、オレフィン樹脂、エポキシ樹脂、これらの共重合体や変性物、誘導体等の樹脂、エチレン-プロピレン-ジエン共重合体(EPDM)、スチレン-ブタジエン共重合ゴム(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、クロロプレンゴム(CR)、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリスチレン系熱可塑性エラストマー、フッ素ゴム系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、ポリブタジエン系熱可塑性エラストマー、エチレン酢酸ビニル系熱可塑性エラストマー、ポリ塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、塩素化ポリエチレン系熱可塑性エラストマーの如き熱可塑性エラストマー。これらの高分子化合物からなる樹脂粒子は、バインダー樹脂への分散が容易である。中でも、アクリル樹脂、スチレン樹脂、及びアクリルスチレン樹脂から選択される1種以上の樹脂を使用することがより好ましい。その理由は、多孔質の樹脂粒子を作製しやすいこと、及び、帯電部材の表面に凸部を形成した際に、電子写真感光体との間に、ニップ内放電を発生させるための微小な空隙を、多様な環境下で安定して維持し得るためである。
なお、樹脂粒子は、1種を使用しても、2種以上を組み合わせてもよい。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。表面層中における樹脂粒子の含有量は、バインダー樹脂100質量部に対して、2質量部以上、100質量部以下が好ましく、5質量部以上、80質量部以下が更に好ましい。本範囲内とすることで、上記ニップ内放電をより安定して発生させることができる。
また、樹脂粒子の体積平均粒径は、10μm以上、50μm以下が特に好ましい。本範囲内とすることで、上記ニップ内放電をより安定して発生させることができる。
帯電部材の表面層に含まれる樹脂粒子は、上述した空孔率の制御を行う必要がある。そのため、表面層に含まれる樹脂粒子の原料として、多孔質形状の樹脂粒子(以下、「多孔質粒子」と称す。)を使用することが好ましい。更に、樹脂粒子の内層部の空孔率よりも外層部の空孔率が大きく、且つ、内層部の空孔径よりも外層部の空孔径が大きい多孔質粒子を使用することがより好ましい。後に詳述するが、この様な多孔質粒子を使用することで、帯電部材の表面の凸部を形成する樹脂粒子に関して、上述した空孔率を容易に制御することが可能になる。なお、本発明において、「多孔質粒子」とは、粒子表面に貫通する多数の細孔を有する粒子であると定義する。以下に、本発明の多孔質粒子について詳細に説明する。
[多孔質粒子]
多孔質粒子の材質としては、アクリル樹脂、スチレン樹脂、アクリロニトリル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、塩化ビニル樹脂等を例示することができる。これらの樹脂は、単独で、または、2種以上を用いることができる。また、これらの樹脂の原料となる単量体を共重合させ、共重合体としても用いても良い。更に、これらの樹脂を主成分として、必要に応じてその他公知の樹脂を含有しても良い。
多孔質粒子の材質としては、アクリル樹脂、スチレン樹脂、アクリロニトリル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、塩化ビニル樹脂等を例示することができる。これらの樹脂は、単独で、または、2種以上を用いることができる。また、これらの樹脂の原料となる単量体を共重合させ、共重合体としても用いても良い。更に、これらの樹脂を主成分として、必要に応じてその他公知の樹脂を含有しても良い。
本発明の多孔質粒子は、懸濁重合法、界面重合法、界面沈殿法、液中乾燥法、並びに、樹脂溶液に樹脂の溶解度を低下させる溶質や溶媒を添加し析出させる方法等の公知の製法により作製することができる。例えば、懸濁重合法においては、架橋性単量体の存在下、重合性単量体に多孔化剤を溶解し、油性混合液を作製する。この油性混合液を用いて界面活性剤や分散安定剤を含有する水性媒体中で水性懸濁重合を行い、重合終了後、洗浄、乾燥工程を行うことで水及び多孔化剤を取り除き、樹脂粒子を得ることができる。尚、重合性単量体の官能基と反応する反応性基を有する化合物、有機フィラー等を添加することもできる。また、多孔質粒子の内部に空孔を形成するために、架橋性単量体の存在下に重合を行うことが好ましい。
重合性単量体としては、以下のものが挙げられる。スチレン、p-メチルスチレン、p-tert-ブチルスチレン等のスチレン系モノマー;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸2-エチルヘキシル、アクリル酸ラウリル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸tert-ブチル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸イソボルニル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸ヒドロフルフリル、メタクリル酸ラウリル等の(メタ)アクリル酸エステル系モノマー等。これらの重合性単量体は、単独で、または2種以上を組み合わせて使用される。なお、本発明において、用語「(メタ)アクリル」とは、アクリルおよびメタクリルの両方を含む概念である。
架橋性単量体としては、ビニル基を複数個有するものであれば特に限定されず、以下のものを例示することができる。エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、デカエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ペンタデカエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ペンタコンタヘクタエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,3-ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4-ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、メタクリル酸アリル、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリストールテトラ(メタ)アクリレート、フタル酸ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ヒドロキシピバリン酸エステル、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ポリエステルアクリレート、ウレタンアクリレートの如き(メタ)アクリル酸エステル系モノマー、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、およびこれらの誘導体。これらは単独でまたは複数種を組み合わせて用いることができる。
架橋性単量体は、単量体中において5質量%以上、90質量%以下となるように使用するのが好ましい。本範囲内とすることにより、多孔質粒子の内部に確実に空孔を形成することが可能になる。
多孔化剤としては、非重合性溶媒や、重合性単量体の混合物に溶解する直鎖状ポリマーと非重合性溶媒との混合物や、セルロース樹脂を使用することができる。非重合性溶媒としては、以下のものを例示することができる。トルエン、ベンゼン、酢酸エチル、酢酸ブチル、ノルマルヘキサン、ノルマルオクタン、ノルマルドデカン。セルロース樹脂としては、特に限定されないが、エチルセルロース等を挙げることができる。これらの多孔化剤は、単独で、あるいは2種類以上を組み合わせて使用することができる。多孔化剤の添加量は使用目的に応じ適宜設定することができるが、重合性単量体、架橋性単量体および多孔化剤からなる油相100質量部中において、20質量部から90質量部の範囲で使用するのが好ましい。本範囲内とすることにより、多孔質粒子がもろくなりにくく、帯電部材と電子写真感光体とのニップにおいて空隙を形成しやすくなる。
重合開始剤としては、特に限定されないが、重合性単量体に可溶なものが好ましい。公知のパーオキサイド開始剤及びアゾ開始剤等を使用でき、以下のものを例示することができる。2,2’―アゾビスイソブチロニトリル、1,1’―アゾビスシクロヘキサン1-カーボニトリル、2,2’-アゾビス-4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル及び2,2’-アゾビス-2,4-ジメチルバレロニトリル。
界面活性剤としては、以下のものを例示することができる。ラウリル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレン(重合度1~100)ラウリル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレン(重合度1~100)ラウリル硫酸トリエタノールアミン等のアニオン性界面活性剤;塩化ステアリルトリメチルアンモニウム、ステアリン酸ジエチルアミノエチルアミド乳酸塩、ジラウリルアミン塩酸塩、オレイルアミン乳酸塩等のカチオン性界面活性剤;アジピン酸ジエタノールアミン縮合物、ラウリルジメチルアミンオキシド、モノステアリン酸グリセリン、モノラウリン酸ソルビタン、ステアリン酸ジエチルアミノエチルアミド乳酸塩等のノニオン性界面活性剤;ヤシ油脂肪酸アミドプロピルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ラウリルヒドロキシスルホベタイン、β-ラウリルアミノプロピオン酸ナトリウム等の両性界面活性剤;ポリビニルアルコール、デンプン、及び、カルボキシメチルセルロース等の高分子型分散剤。
分散安定剤としては、以下のものを例示することができる。ポリスチレン微粒子、ポリメチルメタクリレート微粒子、ポリアクリル酸微粒子及びポリエポキシド微粒子等の有機微粒子;コロイダルシリカ等のシリカ;炭酸カルシウム、リン酸カルシウム、水酸化アルミニウム、炭酸バリウム、及び、水酸化マグネシウム。
上記重合法のうち、特に、懸濁重合法の具体的な一例について、下記に示す。懸濁重合は、耐圧容器を用い、密閉下で行うことが好ましく、重合前に原料成分を分散機等で懸濁してから、耐圧容器に移して懸濁重合してもよく、耐圧容器内で懸濁させてもよい。重合温度は、50℃~120℃がより好ましい。重合は、大気圧下で行ってもよいが、多孔化剤を気体状にさせないようにするため加圧下(大気圧に0.1~1MPaを加えた圧力下)で行うことが好ましい。重合終了後は、遠心分離や濾過等によって、固液分離及び洗浄等を行ってもよい。固液分離や洗浄の後、樹脂粒子を構成する樹脂の軟化温度以下にて乾燥や粉砕してもよい。乾燥及び粉砕は、公知の方法により行うことができ、気流乾燥機、順風乾燥機及びナウターミキサーを使用できる。また、乾燥及び粉砕は粉砕乾燥機等によって同時に行うこともできる。界面活性剤及び分散安定剤は、製造後に洗浄濾過等を繰り返すことにより除去することができる。
多孔質粒子の粒径は、重合性単量体や多孔化剤からなる油性混合液と界面活性剤や分散安定剤を含有する水性媒体との混合条件や、分散安定剤等の添加量、撹拌分散条件により調整することができる。分散安定剤の添加量を増加させることで、平均粒径を下げることができる。また、撹拌分散条件において、撹拌速度を上げることで、多孔質粒子の平均粒径を下げることが可能である。本発明の多孔質粒子の体積平均粒径は、5~60μmの範囲内であることが好ましい。更には、10~50μmの範囲内であることがより好ましい。本範囲内とすることで、上記ニップ内放電をより安定して発生させることができる。
また、多孔質粒子の細孔径は、架橋性単量体の添加量、多孔化剤の種類や添加量により調整することができる。多孔化剤の添加量を増加させる、及び、架橋性単量体の添加量を減少させる方向が、細孔径を大きくする方向である。また、細孔径を更に大きくする場合、多孔化剤としてセルロース樹脂を用いることが好ましい。
多孔質粒子における細孔径は、10~500nm、かつ、樹脂粒子の平均粒径に対して20%以下の範囲内であることが好ましい。更には、細孔径は20~200nm、かつ、樹脂粒子の平均粒径に対して10%以下の範囲内であることがより好ましい。本範囲内とすることで、帯電部材と電子写真感光体とのニップにおいて空隙を形成しやすくなり、安定したニップ内放電を行うことができる。
なお、2種類の多孔化剤を使用する、特に、溶解度パラメーター(以下、「SP値」と称す。)に差のある2種類の多孔化剤を使用することにより、粒子の内層部の空孔率よりも外層部の空孔率が大きく、且つ、内層部の空孔径よりも外層部の空孔径が大きい多孔質粒子を作製することができる。
具体的な一例として、多孔化剤に、ノルマルへキサンと酢酸エチルを使用した場合を例にして以下説明する。上記2種の多孔化剤を使用した場合、重合性単量体及び多孔化剤を混合した油性混合液を水性媒体に投入すると、水とSP値の近い酢酸エチルが、水性媒体側、即ち、懸濁液滴の外層部に多く存在することになる。一方、液滴の内層部には、ノルマルへキサンがより多く存在する。液滴の外層部に存在する酢酸エチルは、水とSP値が近いため、酢酸エチル中に、ある程度の水が溶解することになる。この場合、液滴の内層部と比較して液滴の外層部においては、重合性単量体に対する多孔化剤の溶解性が低下し、重合性単量体と多孔化剤とが、内層部と比較して分離し易い状態になっている。即ち、上記液滴の外層部においては、多孔化剤が、内層部と比較してより大きな塊で存在しやすい状態となる。この様に、液滴の内層部と外層部で多孔化剤の存在が異なるように制御した状態で、前述した重合反応及び後処理を行うことで、粒子の内層部の空孔率よりも外層部の空孔率が大きく、且つ、内層部の空孔径よりも外層部の空孔径が大きい多孔質粒子を作製できる。
従って、2種類の多孔化剤のうちの1種類を、媒体である水とのSP値の差が小さいものとすることで、多孔質粒子の外層部の空孔径を大きく、且つ、空孔率を大きくすることができる。上記手段に使用する好ましい多孔化剤としては、酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、アセトン、及び、メチルエチルケトンが例示できる。一方で、もう1種類として、重合性単量体の溶解性が高く、水とのSP値の差が大きい多孔化剤を使用することで、多孔質粒子の内層部の空孔径を小さく、且つ、空孔率を小さくすることができる。上記手段に使用する好ましい多孔化剤としては、ノルマルへキサン、ノルマルオクタン、及び、ノルマルドデカンが例示できる。
本発明においては、帯電部材の表面層の凸部頂点近傍に、空孔を集中して存在させるために、粒子の内層部の空孔率よりも外層部の空孔率が大きく、且つ、内層部の空孔径よりも外層部の空孔径が大きい多孔質粒子を使用することが好ましい。この観点から、水とのSP値の差が小さい多孔化剤は、多孔化剤全体100質量部に対して、30質量部以下が好ましい。より好ましくは、15~25質量部の範囲内である。
なお、本発明の空孔率制御のために使用する、内層部の空孔率よりも外層部の空孔率が大きく、且つ、内層部の空孔径よりも外層部の空孔径が大きい多孔質粒子について、図4を用いて説明する。まず、多孔質粒子201を中実粒子であると仮定した際に、粒子半径r及び粒子中心108を算出する。そして、該中心108から凸部頂点側に向かい、粒子半径rの(√3)/2倍移動した位置、例えば109を算出する。粒子外周に対して均等に配置するよう、点109と同様にして100箇所の点を算出し、これらの点(位置)を直線で結んだ仮想線114を算出する。内層部とは、この仮想線114より粒子中心108側の領域、即ち、112の領域(斜線部)と定義し、外層部とは、粒子半径rの(√3)/2倍移動した位置109より外側の領域、即ち、111の領域と定義する。各パラメーターの測定方法は、後に詳述する。
上記粒子において、内層部の空孔率は、5体積%以上、35体積%以下であることが好ましく、内層部の平均空孔径は、10nm以上、45nm以下であることが好ましい。また、外層部の空孔率は、10体積%以上、55体積%以下であることが好ましく、外層部の平均空孔径は、30nm以上、200nm以下であることが好ましい。本範囲内とすることにより、上述した帯電部材の表面層の凸部を形成している樹脂粒子の「凸部頂点側領域」の空孔率V11の制御をより容易に行いやすくなる。
〔導電性粒子〕
本発明の導電性の表面層は、導電性を発現するため、公知の導電性粒子を含有する。導電性粒子としては以下のものが挙げられる。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。
本発明の導電性の表面層は、導電性を発現するため、公知の導電性粒子を含有する。導電性粒子としては以下のものが挙げられる。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。
カーボンブラックとしては、ブラックファーネスブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラックを例示することができる。
ファーネスブラックとしては、例えば以下のものが挙げられる。SAF-HS、SAF、ISAF-HS、ISAF、ISAF-LS、I-ISAF-HS、HAF-HS、HAF、HAF-LS、T-HS、T-NS、MAF、FEF、GPF、SRF-HS-HM、SRF-LM、ECF、FEF-HS。サーマルブラックとしては、FT、及び、MT。カーボン系微粒子としては、PAN(ポリアクリロニトリル)系カーボン粒子、及び、ピッチ系カーボン粒子を例示することができる。
また、列挙した導電性粒子は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。導電性の表面層中における導電性粒子の含有量は、バインダー樹脂100質量部に対して2質量部から200質量部、好ましくは5質量部から100質量部の範囲が適当である。
導電性粒子は、その表面を表面処理してもよい。表面処理剤としては、アルコキシシラン、フルオロアルキルシラン、及びポリシロキサン等の如き有機ケイ素化合物;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が使用可能である。これらは一種で使用しても、二種以上を用いても良い。好ましくは、アルコキシシラン、ポリシロキサン等の如き有機ケイ素化合物、シラン系、チタネート系、アルミネート系又はジルコネート系の各種カップリング剤であり、更に好ましくは、有機ケイ素化合物である。
また、前記導電性粒子としては、帯電部材の表面粗さに実質的な影響を与えることのないように、平均粒径で、5nm以上、300nm以下、特には、10nm以上、100nm以下のものを用いることが好ましい。なお、上記導電性粒子の平均粒径は以下のようにして算出する。すなわち、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて、視野内に少なくとも100個の凝集していない導電性粒子が観察されるような倍率に調整する。そして、該視野内の100個の凝集していない導電性粒子について、面積相当径を求める。そして、当該100個の導電性粒子の面積相当径の相加平均値の小数点第一位を四捨五入した値を導電性粒子の平均粒径とする。
〔表面層の形成方法〕
表面層の形成方法としては、静電スプレー塗布、ディッピング塗布、またはロール塗布のような塗布法により導電性基体上に導電性樹脂組成物の層を形成し、乾燥、加熱、架橋等によってこの層を硬化させる方法が挙げられる。また、導電性樹脂組成物を所定の膜厚に成膜し硬化させたシート形状又はチューブ形状の層を導電性基体に対して接着又は被覆する方法が挙げられる。更に、導電性基体を配置した型の中に導電性樹脂組成物を入れて硬化させて表面層を形成することができる。これらの中でも、帯電部材の表面層の凸部における空孔率を制御し、均一な表面層を形成するため、静電スプレー塗布、ディッピング塗布、ロール塗布により表面層を形成する方法が好ましい。
表面層の形成方法としては、静電スプレー塗布、ディッピング塗布、またはロール塗布のような塗布法により導電性基体上に導電性樹脂組成物の層を形成し、乾燥、加熱、架橋等によってこの層を硬化させる方法が挙げられる。また、導電性樹脂組成物を所定の膜厚に成膜し硬化させたシート形状又はチューブ形状の層を導電性基体に対して接着又は被覆する方法が挙げられる。更に、導電性基体を配置した型の中に導電性樹脂組成物を入れて硬化させて表面層を形成することができる。これらの中でも、帯電部材の表面層の凸部における空孔率を制御し、均一な表面層を形成するため、静電スプレー塗布、ディッピング塗布、ロール塗布により表面層を形成する方法が好ましい。
また、これらの塗布法を使用する場合、バインダー樹脂中に、導電性粒子、及び、多孔質粒子を分散した「表面層用の塗布液」を作成し、導電性基体の表面に塗布を行うことが好ましい。更には、上記空孔率の制御をより容易なものにするため、塗布液には、溶剤を使用することが好ましい。特に、上記バインダー樹脂を溶解することが可能であり、前記多孔質粒子と親和性の高い、極性溶剤を使用することが好ましい。
このような極性溶剤としては、具体的には以下のものが挙げられる。アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンの如きケトン類;メタノール、エタノール、イソプロパノールの如きアルコール類;N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミドの如きアミド類;ジメチルスルホキシドの如きスルホキシド類;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の如きエーテル類;酢酸メチル、酢酸エチルの如きエステル類。
なお、上記塗布液に、バインダー樹脂、導電性粒子、多孔質粒子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、パールミルの如き溶液分散手段を用いることができる。
そして、上述したように、多孔質粒子としては、内層部の空孔率よりも外層部の空孔率が大きく、且つ、内層部の空孔径よりも外層部の空孔径が大きいものを使用することが好ましい。
上記の手法により表面層を形成した場合、帯電部材の表面の凸部において、上記空孔率の制御がより容易になる理由を、図7A~7Eを用いて下記に説明する。
図7Aは、導電性基体の表面に、表面層形成用の塗布液を上記の方法により塗布して塗膜303を形成した直後の状態を示す模式図である。塗膜303は、溶剤、バインダー樹脂、導電性粒子、及び、多孔質粒子300を含有しており、多孔質粒子は、内層部領域301と外層部領域302により形成されている。そして、多孔質粒子においては、内層部領域の空孔率よりも外層部領域の空孔率が大きく、内層部領域の空孔径よりも外層部領域の空孔径が大きい状態を示している。なお、上記状態において、多孔質粒子の空孔内部には、少なくとも溶剤及びバインダー樹脂が均等に浸透していると推察される。そして、上記塗布液を導電性基体の表面に塗布した直後より、塗布液の表面側から溶剤の揮発が進行する。この際、溶剤の揮発は図7Bの304で示す方向に進行するため、塗膜303の表面側は、バインダー樹脂の濃度が高まってくる。塗膜303の内部では、溶剤とバインダー樹脂との濃度を一定に維持しようとする力が働き、塗膜中のバインダー樹脂は、305で示す方向に流れることになる。
一方、多孔質粒子の内層部領域301は、外層部領域302よりも空孔径が小さく、且つ、空孔率が小さいため、内層部領域における溶剤及びバインダー樹脂の移動速度は、外層部領域における溶剤及びバインダー樹脂の移動速度よりも遅い。従って、バインダー樹脂は305の方向に移動するが、多孔質粒子の内層部領域と外層部領域における溶剤及びバインダー樹脂の移動速度の差により、内層部領域におけるバインダー樹脂の濃度よりも、外層部領域におけるバインダー樹脂の濃度が高い状態が生じる。図7Cは、内層部領域301と比較し、外層部領域302において、バインダー樹脂の濃度が高い状態を示している。
そして上記濃度差ができた状態から、多孔質粒子の内層部領域と外層部領域のバインダー樹脂の濃度差を緩和する方向に、バインダー樹脂の流れ306が発生する。そして、溶剤の揮発は常に303の方向に進行しているため、多孔質粒子の内層部領域と比較して、外層部領域のバインダー樹脂濃度が低下する状態、即ち、図7Dに示す状態へと変化していく。上記図7Dの状態において、使用している溶剤の沸点以上の温度で、塗膜を、乾燥、硬化、または、架橋等を行う。これにより、多孔質粒子の外層部領域302に残存した溶剤が、一気に揮発し、最終的に、図7Eに示すように多孔質粒子の外層部領域に空孔307を形成することができる。
なお、上記図7Dの状態において、内部層部領域の空孔内に存在した溶剤は、外層部に完全に移動せず、一部は、内層部に残存する場合がある。この場合、溶剤の揮発により、内層部に空孔が形成される。また、多孔質粒子の内層部において、多孔質粒子の表面に貫通していない細孔が存在する場合には、バインダー樹脂が浸透せず、空孔が形成された状態が維持される。 上記手法を用いることにより、上述した帯電部材の凸部の空孔率の制御を確実に行うことが可能になる。そして、上記制御をより容易に行うため、多孔質粒子の内層部領域と外層部領域の空孔率及び空孔径の比率を制御することがより好ましい。即ち、内層部の空孔率に対し、外層部の空孔率は、1.5倍以上、3倍以下とすることが好ましく、且つ、内層部の空孔径に対し、外層部の空孔径は、2倍以上、10倍以下とすることが好ましい。また、上記溶剤の流れを制御するため、多孔質粒子と親和性の高い、前述した極性溶剤を使用することが好ましい。上記の溶剤の中でも、ケトン類、及び、エステル類を使用することが更に好ましい。
そして、表面層用の塗布液を塗布した後の、乾燥、硬化、または、架橋等の工程は、温度及び時間を制御することが好ましい。温度及び時間を制御することにより、上述した溶剤及びバインダー樹脂の移動速度を制御することが可能になる。そして、具体的に、塗膜形成後の工程は、三段階以上とすることが好ましい。以下、塗膜形成後の工程を三段階とした場合の状態を詳細に説明する。
一段階目は、塗膜形成後に、室温雰囲気下で、15分間以上、1時間以下、放置することが好ましい。これにより、前述した図7Bの状態を緩やかに形成することが容易になる。
二段階目は、室温以上の温度、かつ使用する溶剤の沸点以下の温度で、15分間以上、1時間以下、放置することが好ましい。使用する溶剤の種類によって若干の違いは見られるものの、具体的には、40℃以上、100℃以下に制御し、30分間以上、50分間以下、放置することがより好ましい。そして、この二段階目により、図7Cの溶剤揮発速度が大きくなり、多孔質粒子の内層部領域301のバインダー樹脂の濃度を高める制御を、より容易に行うことができる。
そして、三段階目は、溶剤の沸点以上の温度における、乾燥、硬化、または、架橋の工程である。この際、二段階目と三段階目の温度は、急激に昇温させて制御することが好ましい。これにより、凸部頂点近傍に空孔を形成しやすくなる。具体的には、同一の乾燥炉内での温度制御ではなく、二段階目と三段階目の乾燥炉は、別の装置、或いは、別エリアとすることが好ましく、装置あるいはエリアの移動は、できる限り短い時間とすることが好ましい。
即ち、本発明の帯電部材の表面層の形成方法としては、以下の工程(1)と工程(2)を有する方法が挙げられる。
(1)導電性基体の表面、または、該導電性基体上に形成した他の層の表面に、バインダー樹脂、溶剤、導電性粒子、及び、多孔質粒子を含む表面層用の塗布液の塗膜を形成する工程、
(2)該塗膜中の溶剤を揮発させて表面層を形成する工程。
工程(2)は、塗膜中の溶剤を揮発させる過程で、以下の工程(3)と工程(4)とを有することが好ましい。
(3)多孔質粒子の空孔中に浸透した溶剤をバインダー樹脂に置換させる工程、
(4)塗膜を溶剤の沸点以上の温度で乾燥する工程。
(1)導電性基体の表面、または、該導電性基体上に形成した他の層の表面に、バインダー樹脂、溶剤、導電性粒子、及び、多孔質粒子を含む表面層用の塗布液の塗膜を形成する工程、
(2)該塗膜中の溶剤を揮発させて表面層を形成する工程。
工程(2)は、塗膜中の溶剤を揮発させる過程で、以下の工程(3)と工程(4)とを有することが好ましい。
(3)多孔質粒子の空孔中に浸透した溶剤をバインダー樹脂に置換させる工程、
(4)塗膜を溶剤の沸点以上の温度で乾燥する工程。
また、前記多孔質粒子は、内層部の空孔率よりも外層部の空孔率が大きく、且つ、内層部の空孔径よりも外層部の空孔径が大きい多孔質形状の樹脂粒子であることが好ましい。
上記製法によって得られる帯電部材の表面層の「凸部頂点側領域」における「樹脂粒子」の空孔径は、原料である「多孔質粒子」の外層部が有する平均の空孔径よりも大きくなる場合が多い。これは、多孔質粒子の外層部に存在する空孔のうち、比較的大きな空孔が、溶剤の揮発により、空孔を形成しやすいためであると推測している。
表面層中の樹脂粒子の「凸部頂点側領域」における空孔径R11は、平均空孔径で、30nm以上、200nm以下の範囲内であることが、好ましい。より好ましくは、60nm以上、150nm以下である。本範囲内とすることにより、上記ニップ内放電の維持と、電子写真感光体の傷の発生抑制を、より容易に行うことができる。
上記表面層の形成方法の具体的な一例を下記に示す。
まず、バインダー樹脂に多孔質粒子以外の分散成分(例えば導電性粒子及び溶剤)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5時間から60時間かけて分散処理する。次いで、多孔質粒子を添加して、更に分散処理する。分散時間としては2分間以上、30分間以下が好ましい。ここで、多孔質粒子が粉砕されない条件であることが必要である。その後、この分散液の粘度を3~30mPa、より好ましくは3~20mPaになるように調整して表面層用の塗布液を得る。
次いで、ディッピング等により導電性基体の上に、表面層用の塗布液の塗膜を形成する。塗膜の厚みは、乾燥後の膜厚が0.5~50μm、より好ましくは1~20μm、特に好ましくは1~10μmとなるようすることが好ましい。
表面層の膜厚は、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。帯電部材の長手方向において任意の3点、更に、周方向に3点の計9点において測定を行い、その平均値をもって膜厚とする。膜厚が厚い場合、即ち、塗布液の溶剤量が少ない場合、溶剤の揮発速度が遅くなり、空孔制御が困難になる場合がある。従って、塗布液の固形分濃度は、比較的小さくすることが好ましい。塗布液に対して、溶剤の占める割合は、40質量%以上が好ましく、より好ましくは、50質量%以上、特には、60質量%以上とすることが好ましい。
塗布液の比重としては、0.8000以上、1.200以下に調整することが好ましく、0.8500以上、1.000以下がより好ましい。本範囲内とすることで、多孔質粒子の内層部の空孔中と外層部の空孔中へのバインダー樹脂の浸透を所望の速度に制御しやすくなるためである。
〔その他の材料〕
本発明の導電性の表面層は、前記の導電性微粒子に加え、絶縁性粒子を含有してもよい。絶縁性粒子を構成する材料としては、例えば以下のものが挙げられる。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、モンモリナイト、中空ガラス球、有機金属化合物及び有機金属塩。また、フェライト、マグネタイト、ヘマタイトの如き酸化鉄類や活性炭も使用することができる。
本発明の導電性の表面層は、前記の導電性微粒子に加え、絶縁性粒子を含有してもよい。絶縁性粒子を構成する材料としては、例えば以下のものが挙げられる。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、モンモリナイト、中空ガラス球、有機金属化合物及び有機金属塩。また、フェライト、マグネタイト、ヘマタイトの如き酸化鉄類や活性炭も使用することができる。
導電性の表面層には、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。導電性の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、導電性の表面層を形成する際にレベリング剤としても作用する。導電性の表面層は、表面処理が施されていてもよい。表面処理としては、UVや電子線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。
〔体積抵抗率〕
本発明の導電性の表面層の体積抵抗率は、温度23℃、相対湿度50%の環境において、1×102Ω・cm以上、1×1016Ω・cm以下であることが、好ましい。本範囲内とすることで、電子写真感光体を、放電により適切に帯電することが、より容易になる。
本発明の導電性の表面層の体積抵抗率は、温度23℃、相対湿度50%の環境において、1×102Ω・cm以上、1×1016Ω・cm以下であることが、好ましい。本範囲内とすることで、電子写真感光体を、放電により適切に帯電することが、より容易になる。
導電性の表面層の体積抵抗率は、以下のようにして求める。まず、帯電部材から、導電性の表面層を、縦5mm、横5mm、厚さ1mm程度の短冊形に切り出す。得られた試験片の両面に金属を蒸着して測定用サンプルを得る。導電性の表面層が薄膜で切り出せない場合には、アルミニウム製シートの上に表面層用の塗布液を塗布して塗膜を形成し、塗膜面に金属を蒸着して測定用サンプルを得る。得られた測定用サンプルについて微小電流計(商品名:ADVANTEST R8340A ULTRA HIGH RESISTANCE METER、(株)アドバンテスト製)を用いて200Vの電圧を印加する。そして、30秒後の電流を測定し、膜厚と電極面積とから計算して求める。導電性の表面層の体積抵抗率は、前述した導電性粒子により調整することができる。
また、導電性粒子は、平均粒径が0.01μmから0.9μmがより好ましく、0.01μmから0.5μmであることが更に好ましい。この範囲内であれば、表面層の体積抵抗率の制御が容易になる。
<導電性の弾性層>
本発明の帯電部材には、導電性基体と導電性の表面層との間に、導電性の弾性層を形成してもよい。導電性の弾性層に使用するバインダー材料としては、公知のゴムまたは樹脂を使用することができる。帯電部材と感光体との間で十分なニップを確保するという観点から、比較的低い弾性を有することが好ましく、ゴムを使用することがより好ましい。ゴムとしては、例えば、天然ゴムやこれを加硫処理したもの、合成ゴムを挙げることができる。
本発明の帯電部材には、導電性基体と導電性の表面層との間に、導電性の弾性層を形成してもよい。導電性の弾性層に使用するバインダー材料としては、公知のゴムまたは樹脂を使用することができる。帯電部材と感光体との間で十分なニップを確保するという観点から、比較的低い弾性を有することが好ましく、ゴムを使用することがより好ましい。ゴムとしては、例えば、天然ゴムやこれを加硫処理したもの、合成ゴムを挙げることができる。
合成ゴムとしては、例えば以下のものが挙げられる。エチレンプロピレンゴム、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、エピクロルヒドリンゴム及びフッ素ゴム。
導電性の弾性層は、その体積抵抗率が、温度23℃、相対湿度50%の環境下で、102Ω・cm以上、1010Ω・cm以下であることが好ましい。導電性の弾性層の体積抵抗率は、バインダー材料中に、前述した導電性微粒子、イオン導電剤を適宜添加して、調整することができる。イオン導電剤としては以下のものが挙げられる。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の如き無機イオン物質;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の如き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の如き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の如き第四級アンモニウム塩;及び、トリフルオロメタンスルホン酸リチウムの如き有機酸リチウム塩。これらは単独で又は2種類以上を組み合わせて用いることができる。
バインダー材料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、導電性の弾性層には、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。導電性の弾性層は、接着剤により導電性基体や導電性の表面層に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。
尚、導電性の弾性層の体積抵抗率は、導電性の弾性層に使用する材料を厚さ1mmのシートに成型し、その両面に金属を蒸着して得た体積抵抗率測定試料を用いて、上記表面層の体積抵抗率の測定方法と同様にして測定できる。
<帯電部材>
本発明に係る帯電部材は、導電性基体と導電性の表面層を有するものであればよく、その形状も、ローラ状、平板状等いずれであってもよい。以下において、帯電部材の一例としての、帯電ローラによって帯電部材を詳細に説明する。
本発明に係る帯電部材は、導電性基体と導電性の表面層を有するものであればよく、その形状も、ローラ状、平板状等いずれであってもよい。以下において、帯電部材の一例としての、帯電ローラによって帯電部材を詳細に説明する。
導電性基体は、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2種類以上を組み合わせて用いることができる。
本発明の帯電ローラは、電子写真感光体の帯電を良好なものとするため、通常、電気抵抗値が、温度23℃、相対湿度50%の環境中において、1×103Ω以上、1×1010Ω以下であることがより好ましい。
一例として、図8に帯電ローラの電気抵抗値の測定法を示す。導電性基体1の両端を、荷重のかかった軸受け33により電子写真感光体と同じ曲率の円柱形金属32に、平行になるように当接させる。この状態で、モータ(不図示)により円柱形金属32を回転させ、当接した帯電ローラ5を従動回転させながら安定化電源34から直流電圧-200Vを印加する。この時に流れる電流を電流計35で測定し、帯電ローラの電気抵抗値を計算する。本発明において、荷重は各4.9Nとし、金属製円柱は直径30mm、金属製円柱の回転は周速45mm/secとされる。
本発明の帯電ローラは、電子写真感光体に対して、長手方向のニップ幅を均一にするという観点から、長手方向中央部が一番太く、長手方向両端部にいくほど細くなるクラウン形状が好ましい。クラウン量は、中央部の外径と中央部から両端部へ各90mm離れた位置の外径との差(平均値)が、30μm以上、200μm以下であることが好ましい。
帯電部材の表面の硬度は、マイクロ硬度(MD-1型タイプA)で90°以下が好ましく、より好ましくは、40°以上80°以下である。本範囲内とすることにより、電子写真感光体との当接を安定させることが容易となり、より安定したニップ内放電を行うことができる。
なお、「マイクロ硬度(MD-1型タイプA)」とは、アスカー マイクロゴム硬度計MD-1型タイプA(商品名、高分子計器株式会社製)を用いて測定した帯電部材の硬度である。具体的には、常温常湿(温度23℃、相対湿度55%)の環境中に12時間以上放置した帯電部材に対して該硬度計を10Nのピークホールドモードで測定した値とする。
帯電部材の表面の十点平均表面粗さ(Rzjis)は、8μm以上、100μm以下が、好ましい。より好ましくは、12μm以上、60μm以下である。また、表面の凹凸平均間隔(RSm)は、20μm以上、300μm以下、より好ましくは、50μm以上、200μm以下である。本範囲内とすることにより、電子写真感光体とのニップにおいて空隙を形成しやすくなり、安定したニップ内放電を行うことができる。
なお、十点平均表面粗さ及び凹凸平均間隔は、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「SE-3500」(商品名、株式会社小坂研究所製)を用いて行う。十点平均表面粗さは、帯電部材を任意に6箇所測定し、その平均値である。また、平均凹凸間隔は、前記任意の6点の各箇所において10点の凹凸間隔を測定してその平均値を求め、「6箇所の平均値」の平均値として算出する。測定に際し、カットオフ値は0.8mm、評価長さは8mmに設定する。
<プロセスカートリッジ>
本発明に係るプロセスカートリッジは、本発明に係る帯電部材が被帯電体と少なくとも一体化され、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である。本発明の帯電部材を備えるプロセスカートリッジの一例の概略構成を図10に示す。このプロセスカートリッジは、電子写真感光体4、帯電装置、現像ローラ6を有する現像装置、ブレード型のクリーニング部材10、回収容器14を有するクリーニング装置等を一体化し、電子写真装置の本体に着脱可能に構成されている。
本発明に係るプロセスカートリッジは、本発明に係る帯電部材が被帯電体と少なくとも一体化され、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である。本発明の帯電部材を備えるプロセスカートリッジの一例の概略構成を図10に示す。このプロセスカートリッジは、電子写真感光体4、帯電装置、現像ローラ6を有する現像装置、ブレード型のクリーニング部材10、回収容器14を有するクリーニング装置等を一体化し、電子写真装置の本体に着脱可能に構成されている。
<電子写真装置>
本発明に係る電子写真装置は、前記帯電部材と、被帯電体とを有することを特徴とする電子写真装置である。本発明の帯電部材を備える電子写真装置の一例の概略構成を図9に示す。この電子写真装置は、電子写真感光体、電子写真感光体の帯電装置、露光を行う潜像形成装置、潜像を現像する現像装置、転写装置、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装置及びトナー像を定着する定着装置等から構成されている。
本発明に係る電子写真装置は、前記帯電部材と、被帯電体とを有することを特徴とする電子写真装置である。本発明の帯電部材を備える電子写真装置の一例の概略構成を図9に示す。この電子写真装置は、電子写真感光体、電子写真感光体の帯電装置、露光を行う潜像形成装置、潜像を現像する現像装置、転写装置、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装置及びトナー像を定着する定着装置等から構成されている。
電子写真感光体4は、導電性基体上に感光層を有する回転ドラム型である。電子写真感光体は矢示の方向に所定の周速度(プロセススピード)で回転駆動される。帯電装置は、電子写真感光体4に所定の押圧力で当接されることにより接触配置される接触式の帯電ローラ5を有する。帯電ローラ5は、電子写真感光体の回転に従い回転する従動回転であり、帯電用電源19から所定の直流電圧を印加することにより、電子写真感光体を所定の電位に帯電する。
電子写真感光体4に静電潜像を形成する潜像形成装置11は、例えばレーザービームスキャナーの如き露光装置が用いられる。一様に帯電された電子写真感光体に画像情報に対応した露光を行うことにより、静電潜像が形成される。現像装置は、電子写真感光体4に近接又は接触して配設される現像スリーブ又は現像ローラ6を有する。電子写真感光体の帯電極性と同極性に静電的処理されたトナーを反転現像により、静電潜像を現像してトナー像を形成する。
転写装置は、接触式の転写ローラ8を有する。電子写真感光体からトナー像を普通紙の如き転写材7に転写する。転写材は、搬送部材を有する給紙システムにより搬送される。クリーニング装置は、ブレード型のクリーニング部材10、回収容器14を有し、転写した後、電子写真感光体上に残留する転写残トナーを機械的に掻き落とし回収する。ここで、現像装置にて転写残トナーを回収する現像同時クリーニング方式を採用することにより、クリーニング装置を省くことも可能である。定着装置9は、加熱されたロール等で構成され、転写されたトナー像を転写材7に定着し、機外に排出する。
以下に、実施例によって本発明を更に詳細に説明する。まず、実施例に先立ち、本発明における各種パラメーターの測定方法、多孔質粒子等の製造例A1~A34、導電性粒子の製造例B1、及び絶縁性粒子の製造例B2について説明する。なお、以下の各粒子について、「平均粒径」とは、特に明記しない限り、「体積平均粒径」を意味する。
<1.各種パラメーターの測定方法>
〔1-1〕原料としての樹脂粒子の断面の観察
(1)「多孔質粒子」である樹脂粒子A1~A24、及び、A27の観察
まず、多孔質粒子を光硬化型樹脂、例えば、可視光硬化性包埋樹脂(商品名:D-800、日新EM(株)社製、あるいは、商品名:Epok812セット、応研商事(株)社製)により包埋する。次に、ダイヤモンドナイフ(商品名:DiATOME CRYO DRY、DIATOME社製)を装着したウルトラミクロトーム(商品名:LEICA EM UCT、ライカ社製)、及び、クライオシステム(商品名:LEICA EM FCS、ライカ社製)を使用して、面出しをする。その後、多孔質粒子の中央(図5に示す重心107近辺が含まれるように)を切り出し、100nmの厚みの切片を作成する。この後、四酸化オスミウム、四酸化ルテニウム、あるいは、りんタングステン酸のいずれかの染色剤を使用して染色処理を行い、透過型電子顕微鏡(商品名:H-7100FA、日立製作所社製)にて、多孔質粒子の断面画像を撮影する。これを任意の粒子100個につき行う。なお、包埋する樹脂、及び、染色剤は、多孔質粒子の材質により、適宜適切なものを選択して行う。その際、多孔質粒子の空孔が鮮明に確認できる組み合わせを選択する。
〔1-1〕原料としての樹脂粒子の断面の観察
(1)「多孔質粒子」である樹脂粒子A1~A24、及び、A27の観察
まず、多孔質粒子を光硬化型樹脂、例えば、可視光硬化性包埋樹脂(商品名:D-800、日新EM(株)社製、あるいは、商品名:Epok812セット、応研商事(株)社製)により包埋する。次に、ダイヤモンドナイフ(商品名:DiATOME CRYO DRY、DIATOME社製)を装着したウルトラミクロトーム(商品名:LEICA EM UCT、ライカ社製)、及び、クライオシステム(商品名:LEICA EM FCS、ライカ社製)を使用して、面出しをする。その後、多孔質粒子の中央(図5に示す重心107近辺が含まれるように)を切り出し、100nmの厚みの切片を作成する。この後、四酸化オスミウム、四酸化ルテニウム、あるいは、りんタングステン酸のいずれかの染色剤を使用して染色処理を行い、透過型電子顕微鏡(商品名:H-7100FA、日立製作所社製)にて、多孔質粒子の断面画像を撮影する。これを任意の粒子100個につき行う。なお、包埋する樹脂、及び、染色剤は、多孔質粒子の材質により、適宜適切なものを選択して行う。その際、多孔質粒子の空孔が鮮明に確認できる組み合わせを選択する。
(2)その他の樹脂粒子A26、及びA28~A32の観察
染色処理を行わない以外、前記と同様にして断面画像を撮影する。これを任意の粒子100個につき行う。
染色処理を行わない以外、前記と同様にして断面画像を撮影する。これを任意の粒子100個につき行う。
〔1-2〕原料としての樹脂粒子の体積平均粒径の測定
上記〔1-1〕で得られた粒子の断面画像に対し、空孔部分を含む領域を含めた総面積を算出し、この面積と等しい面積を持つ円の直径を求め、この直径をこの粒子の粒径とする。100個の樹脂粒子について粒径を算出し、その平均値を樹脂粒子の体積平均粒径とする。
上記〔1-1〕で得られた粒子の断面画像に対し、空孔部分を含む領域を含めた総面積を算出し、この面積と等しい面積を持つ円の直径を求め、この直径をこの粒子の粒径とする。100個の樹脂粒子について粒径を算出し、その平均値を樹脂粒子の体積平均粒径とする。
〔1-3〕原料としての樹脂粒子の空孔率の測定
樹脂粒子の空孔率の算出方法について、図4を用いて詳述する。上記〔1-1〕で得られた粒子の断面画像に対し、上記〔1-2〕に記載の方法で得られた円201から、樹脂粒子の中心108を算出し、さらに、上記円を断面画像に重ねあわせる。上記円の外周を均等に100分割した円周上の点(例えば113)を算出し、円周上の点と樹脂粒子中心を結ぶ直線を引く。該中心108から凸部頂点側(例えば108から113の方向)に向かい、粒子半径rの(√3)/2倍移動した位置(例えば109)を算出する。この計算を上記100分割した円周上の点(113-1、113-2、113-3、・・・・)全てについて行い、上記109に対応する100箇所の点(109-1、109-2、109-3、・・・・)を求める。これらの100箇所の点を直線で結んだ閉曲線を描き、その内側の領域112を、樹脂粒子の内層部領域とし、その外側の領域111を樹脂粒子の外層部領域とする。
樹脂粒子の空孔率の算出方法について、図4を用いて詳述する。上記〔1-1〕で得られた粒子の断面画像に対し、上記〔1-2〕に記載の方法で得られた円201から、樹脂粒子の中心108を算出し、さらに、上記円を断面画像に重ねあわせる。上記円の外周を均等に100分割した円周上の点(例えば113)を算出し、円周上の点と樹脂粒子中心を結ぶ直線を引く。該中心108から凸部頂点側(例えば108から113の方向)に向かい、粒子半径rの(√3)/2倍移動した位置(例えば109)を算出する。この計算を上記100分割した円周上の点(113-1、113-2、113-3、・・・・)全てについて行い、上記109に対応する100箇所の点(109-1、109-2、109-3、・・・・)を求める。これらの100箇所の点を直線で結んだ閉曲線を描き、その内側の領域112を、樹脂粒子の内層部領域とし、その外側の領域111を樹脂粒子の外層部領域とする。
そして、上記樹脂粒子の内層部領域及び外層部領域それぞれにおいて、空孔部分を含む領域を含めた総面積Sに対し、上記断面画像において、空孔部分の総面積Svの割合(100Sv/S)を算出する。この平均値を樹脂粒子の空孔率(%)とする。
〔1-4〕原料としての樹脂粒子の空孔径の測定
上記樹脂粒子の内層部領域及び外層部領域のそれぞれに、黒く観察される空孔部分において、任意の10箇所に関し、各体積を算出し、この体積と等しい体積をもつ球の直径を求める。この作業を任意の樹脂粒子10個について行い、得られた計100個の球の直径の平均値を算出し、その平均値を樹脂粒子の空孔径とする。
上記樹脂粒子の内層部領域及び外層部領域のそれぞれに、黒く観察される空孔部分において、任意の10箇所に関し、各体積を算出し、この体積と等しい体積をもつ球の直径を求める。この作業を任意の樹脂粒子10個について行い、得られた計100個の球の直径の平均値を算出し、その平均値を樹脂粒子の空孔径とする。
〔1-5〕表面層中に含まれる樹脂粒子の「立体的な粒子形状」の測定
帯電部材の表面の任意の凸部において、帯電部材の表面に並行になるような、縦200μm、横200μmの領域に亘って、帯電部材の凸部頂点側から20nmずつ集束イオンビーム(商品名:FB-2000C、日立製作所社製)にて切り出す。そして、切断面の画像を撮影する。そして同じ粒子を撮影した画像を20nm間隔で組み合わせ、「立体的な粒子形状」を算出する。この作業を、帯電部材の表面の任意の100箇所について行う。
帯電部材の表面の任意の凸部において、帯電部材の表面に並行になるような、縦200μm、横200μmの領域に亘って、帯電部材の凸部頂点側から20nmずつ集束イオンビーム(商品名:FB-2000C、日立製作所社製)にて切り出す。そして、切断面の画像を撮影する。そして同じ粒子を撮影した画像を20nm間隔で組み合わせ、「立体的な粒子形状」を算出する。この作業を、帯電部材の表面の任意の100箇所について行う。
〔1-6〕表面層中に含まれる樹脂粒子の体積平均粒径の測定
上記〔1-5〕に記載の方法で得られた「立体的な粒子形状」において、空孔を含む領域を含めた総体積を算出する。これが、該樹脂粒子が中実粒子であると仮定したときの、該樹脂粒子の体積となる。そして、この体積と等しい体積を持つ球の直径を求める。得られた計100個の球の直径の平均値を算出し、これを樹脂粒子の「体積平均粒径」とする。
上記〔1-5〕に記載の方法で得られた「立体的な粒子形状」において、空孔を含む領域を含めた総体積を算出する。これが、該樹脂粒子が中実粒子であると仮定したときの、該樹脂粒子の体積となる。そして、この体積と等しい体積を持つ球の直径を求める。得られた計100個の球の直径の平均値を算出し、これを樹脂粒子の「体積平均粒径」とする。
〔1-7〕表面層中に含まれる樹脂粒子の空孔率の測定
上記〔1-5〕に記載の方法で得られた「立体的な粒子形状」から、該樹脂粒子が中実粒子であると仮定したときの該中実粒子の「凸部頂点側領域」を算出する。図5は、帯電部材の表面の凸部を形成する樹脂粒子を模式的に示した図である。本図を使用して空孔率の算出方法を下記に説明する。まず、「立体的な粒子形状」より、樹脂粒子の重心107を算出する。そして、帯電部材の表面と平行し、且つ、樹脂粒子の重心を通る仮想の平面115を作製し、この平面を、樹脂粒子の重心から、上記球の半径rの(√3)/2倍の距離だけ凸部頂点側へ、即ち、重心107を117の位置まで、平行移動させる。平行移動により形成された平面116と樹脂粒子の表面とによって囲まれた、凸部頂点側の領域106を、該樹脂粒子が中実粒子であると仮定したときの該中実粒子の「凸部頂点側領域」とする。
上記〔1-5〕に記載の方法で得られた「立体的な粒子形状」から、該樹脂粒子が中実粒子であると仮定したときの該中実粒子の「凸部頂点側領域」を算出する。図5は、帯電部材の表面の凸部を形成する樹脂粒子を模式的に示した図である。本図を使用して空孔率の算出方法を下記に説明する。まず、「立体的な粒子形状」より、樹脂粒子の重心107を算出する。そして、帯電部材の表面と平行し、且つ、樹脂粒子の重心を通る仮想の平面115を作製し、この平面を、樹脂粒子の重心から、上記球の半径rの(√3)/2倍の距離だけ凸部頂点側へ、即ち、重心107を117の位置まで、平行移動させる。平行移動により形成された平面116と樹脂粒子の表面とによって囲まれた、凸部頂点側の領域106を、該樹脂粒子が中実粒子であると仮定したときの該中実粒子の「凸部頂点側領域」とする。
そして、該領域において、上記「立体的な粒子形状」から、空孔の総体積を算出し、該領域の空孔を含めた総体積に対する割合を算出する。これを樹脂粒子の「凸部頂点側領域」における空孔率V11とする。また、上記「立体的な粒子形状」から、樹脂粒子全体の空孔の総体積を算出し、前記樹脂粒子の空孔を含む領域を含めた総体積に対する割合を算出する。これを樹脂粒子全体の空孔率Vtとする。
〔1-8〕表面層中に含まれる樹脂粒子の空孔径の測定
該樹脂粒子が中実粒子であると仮定したときの該中実粒子の「凸部頂点側領域」において、上記で得られた「立体的な粒子形状」から、空孔部の10箇所に関し、空孔部の最大長さと最小長さを測定し、この2つの長さの平均値を算出する。そして、この作業を任意の樹脂粒子10個について行う。得られた計100個の測定値の平均値を算出し、これを、樹脂粒子の「凸部頂点側領域」における空孔径とする。同時に、内層部領域の空孔径についても、上記と同様の方法で該領域の平均径を算出し、これを内層部領域の空孔径とする。
該樹脂粒子が中実粒子であると仮定したときの該中実粒子の「凸部頂点側領域」において、上記で得られた「立体的な粒子形状」から、空孔部の10箇所に関し、空孔部の最大長さと最小長さを測定し、この2つの長さの平均値を算出する。そして、この作業を任意の樹脂粒子10個について行う。得られた計100個の測定値の平均値を算出し、これを、樹脂粒子の「凸部頂点側領域」における空孔径とする。同時に、内層部領域の空孔径についても、上記と同様の方法で該領域の平均径を算出し、これを内層部領域の空孔径とする。
<2.多孔質粒子等の製造例>
〔製造例A1〕
脱イオン水400質量部に、第三リン酸カルシウム8.0質量部を添加し、水性媒体を調製した。次いで、重合性単量体としてのメチルメタクリレート38.0質量部と、架橋性単量体としてのエチレングリコールジメタクリレート26.0質量部、第1の多孔化剤としてのノルマルへキサン34.1質量部、第2の多孔化剤としての酢酸エチル8.5質量部、及び、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル0.3質量部を混合した、油性混合液を調製した。上記の油性混合液をホモミキサーにより、回転数2000rpmにて水性媒体に分散させた。その後、窒素置換した重合反応容器内へ仕込み、250rpmで撹拌しながら、60℃で6時間かけて懸濁重合を行い、多孔質の樹脂粒子とノルマルへキサン及び酢酸エチルを含む水性懸濁液を得た。この水性懸濁液に、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.4質量部を加え、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムの濃度を水に対し、0.1質量%に調整した。
〔製造例A1〕
脱イオン水400質量部に、第三リン酸カルシウム8.0質量部を添加し、水性媒体を調製した。次いで、重合性単量体としてのメチルメタクリレート38.0質量部と、架橋性単量体としてのエチレングリコールジメタクリレート26.0質量部、第1の多孔化剤としてのノルマルへキサン34.1質量部、第2の多孔化剤としての酢酸エチル8.5質量部、及び、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル0.3質量部を混合した、油性混合液を調製した。上記の油性混合液をホモミキサーにより、回転数2000rpmにて水性媒体に分散させた。その後、窒素置換した重合反応容器内へ仕込み、250rpmで撹拌しながら、60℃で6時間かけて懸濁重合を行い、多孔質の樹脂粒子とノルマルへキサン及び酢酸エチルを含む水性懸濁液を得た。この水性懸濁液に、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.4質量部を加え、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムの濃度を水に対し、0.1質量%に調整した。
得られた水性懸濁液を蒸留してノルマルへキサン及び酢酸エチルを除去し、残った水性懸濁液に関し、ろ過と水洗を繰り返した後、80℃で5時間乾燥した。音波式分級機により、解砕及び分級処理をおこない、平均粒径30.5μmの樹脂粒子A1を得た。前述した方法により、粒子の断面を観察したところ、樹脂粒子A1は、粒子の内層部に、21nm程度の空孔を有し、外層部に87nm程度の空孔を有する「多孔質粒子」であった。
〔製造例A2~A24〕
油性混合液として、重合性単量体、架橋性単量体、第1の多孔化剤、第2の多孔化剤を、表1に示すように変更し、且つ、ホモミキサーの回転数を表1に示すように変更した以外は、製造例A1と同様にして、樹脂粒子A2~A24を得た。これらの粒子は「多孔質粒子」であった。
油性混合液として、重合性単量体、架橋性単量体、第1の多孔化剤、第2の多孔化剤を、表1に示すように変更し、且つ、ホモミキサーの回転数を表1に示すように変更した以外は、製造例A1と同様にして、樹脂粒子A2~A24を得た。これらの粒子は「多孔質粒子」であった。
〔製造例A25及びA34〕
内部に空孔を有しない以下の粒子を準備した。樹脂粒子A25としては、架橋ポリメチルメタクリレート樹脂粒子(商品名:MBX-30、積水化成品工業社製)をそのまま使用した。樹脂粒子A34は、上記粒子を分級処理して得られた、体積平均粒径が10.0μmの粒子である。
内部に空孔を有しない以下の粒子を準備した。樹脂粒子A25としては、架橋ポリメチルメタクリレート樹脂粒子(商品名:MBX-30、積水化成品工業社製)をそのまま使用した。樹脂粒子A34は、上記粒子を分級処理して得られた、体積平均粒径が10.0μmの粒子である。
〔製造例A26〕
脱イオン水300質量部に、第三リン酸カルシウム10.5量部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.015質量部を加え、水性媒体を調製した。次いで、ラウリルメタクリレート65質量部と、エチレングリコールジメタクリレート30質量部、ポリ(エチレングリコール‐テトラメチレングリコール)モノメタクリレート0.04質量部、アゾビスイソブチロニトリル0.5質量部を混合した、油性混合液を調製した。上記の油性混合液をホモミキサーにより、回転数4800rpmにて水性媒体に分散させた。その後、窒素置換した重合反応容器内へ仕込み、250rpmで撹拌しながら、70℃で8時間かけて懸濁重合を行った。冷却後、得られた懸濁液に塩酸を加えリン酸カルシウムを分解し、更に、ろ過と水洗を繰り返した。80℃で5時間乾燥した後、音波式分級機により、解砕及び分級処理をおこない、平均粒径10.0μmの樹脂粒子A26を得た。前述した方法により、粒子の断面を観察したところ、この粒子は、粒子内部に300nm程度の空孔を複数有する粒子(以下、「多中空粒子」と称す。)であった。
脱イオン水300質量部に、第三リン酸カルシウム10.5量部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.015質量部を加え、水性媒体を調製した。次いで、ラウリルメタクリレート65質量部と、エチレングリコールジメタクリレート30質量部、ポリ(エチレングリコール‐テトラメチレングリコール)モノメタクリレート0.04質量部、アゾビスイソブチロニトリル0.5質量部を混合した、油性混合液を調製した。上記の油性混合液をホモミキサーにより、回転数4800rpmにて水性媒体に分散させた。その後、窒素置換した重合反応容器内へ仕込み、250rpmで撹拌しながら、70℃で8時間かけて懸濁重合を行った。冷却後、得られた懸濁液に塩酸を加えリン酸カルシウムを分解し、更に、ろ過と水洗を繰り返した。80℃で5時間乾燥した後、音波式分級機により、解砕及び分級処理をおこない、平均粒径10.0μmの樹脂粒子A26を得た。前述した方法により、粒子の断面を観察したところ、この粒子は、粒子内部に300nm程度の空孔を複数有する粒子(以下、「多中空粒子」と称す。)であった。
〔製造例A27〕
樹脂粒子A27としては、架橋ポリメチルメタクリレート樹脂粒子(商品名:MBP-8、積水化成品工業社製)をそのまま使用した。体積平均粒径は8.1μmであった。前述した方法により、粒子の断面を観察したところ、この粒子は、粒子内部に300nm程度の空孔を複数有する「多中空粒子」であった。
樹脂粒子A27としては、架橋ポリメチルメタクリレート樹脂粒子(商品名:MBP-8、積水化成品工業社製)をそのまま使用した。体積平均粒径は8.1μmであった。前述した方法により、粒子の断面を観察したところ、この粒子は、粒子内部に300nm程度の空孔を複数有する「多中空粒子」であった。
〔製造例A28〕
ホモミキサーの回転数を、回転数3600rpmに変更した以外は、製造例A26と同様にして、樹脂粒子A28を得た。この粒子は、「多中空粒子」であった。
ホモミキサーの回転数を、回転数3600rpmに変更した以外は、製造例A26と同様にして、樹脂粒子A28を得た。この粒子は、「多中空粒子」であった。
〔製造例A29〕
ポリ(エチレングリコール‐テトラメチレングリコール)モノメタクリレートを0.15質量部に変更し、ホモミキサーの回転数を、回転数4000pmに変更した以外は、製造例A26と同様にして、樹脂粒子A29を得た。この粒子は、「多中空粒子」であった。
ポリ(エチレングリコール‐テトラメチレングリコール)モノメタクリレートを0.15質量部に変更し、ホモミキサーの回転数を、回転数4000pmに変更した以外は、製造例A26と同様にして、樹脂粒子A29を得た。この粒子は、「多中空粒子」であった。
〔製造例A30〕
ポリ(エチレングリコール‐テトラメチレングリコール)モノメタクリレートを0.3質量部に変更した以外は、製造例A28と同様にして、樹脂粒子A30を得た。この粒子は、「多中空粒子」であった。
ポリ(エチレングリコール‐テトラメチレングリコール)モノメタクリレートを0.3質量部に変更した以外は、製造例A28と同様にして、樹脂粒子A30を得た。この粒子は、「多中空粒子」であった。
〔製造例A31〕
脱イオン水300質量部に、第三リン酸カルシウム20量部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.04質量部を加え、水性媒体を調製した。次いで、メチルアクリレート10質量部、スチレン81質量部、ジビニルベンゼン9質量部と、アゾビスイソブチロニトリル0.8質量部、及び、界面活性剤(商品名:ソルスパース26000、ルーブリゾール社製)1質量部を混合した、油性混合液を調製した。上記の油性混合液をホモミキサーにより、回転数4200rpmにて水性媒体に分散させた。この後は、製造例A26と同様にして、平均粒径13.2μmの樹脂粒子A31を得た。前述した方法により、粒子の断面を観察したところ、この粒子は、粒子内部に1つの中空部を有する粒子(以下、「単中空粒子」という。)であった。なお、中空部の空孔径は、3.8μmであった。
脱イオン水300質量部に、第三リン酸カルシウム20量部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.04質量部を加え、水性媒体を調製した。次いで、メチルアクリレート10質量部、スチレン81質量部、ジビニルベンゼン9質量部と、アゾビスイソブチロニトリル0.8質量部、及び、界面活性剤(商品名:ソルスパース26000、ルーブリゾール社製)1質量部を混合した、油性混合液を調製した。上記の油性混合液をホモミキサーにより、回転数4200rpmにて水性媒体に分散させた。この後は、製造例A26と同様にして、平均粒径13.2μmの樹脂粒子A31を得た。前述した方法により、粒子の断面を観察したところ、この粒子は、粒子内部に1つの中空部を有する粒子(以下、「単中空粒子」という。)であった。なお、中空部の空孔径は、3.8μmであった。
〔製造例A32〕
ポリ(エチレングリコール‐テトラメチレングリコール)モノメタクリレートを0.2質量部に変更し、ホモミキサーの回転数を3900pmに変更した以外は、製造例A26と同様にして、樹脂粒子A32を得た。この粒子は、「多中空粒子」であった。
ポリ(エチレングリコール‐テトラメチレングリコール)モノメタクリレートを0.2質量部に変更し、ホモミキサーの回転数を3900pmに変更した以外は、製造例A26と同様にして、樹脂粒子A32を得た。この粒子は、「多中空粒子」であった。
〔製造例A33〕
樹脂粒子A33としては、熱膨張マイクロカプセル(商品名:EXPANSEL930-120、日本フィライト社製)をそのまま使用した。この粒子は、平均粒径20.2μmであり、内部に空孔を有していなかった。
樹脂粒子A33としては、熱膨張マイクロカプセル(商品名:EXPANSEL930-120、日本フィライト社製)をそのまま使用した。この粒子は、平均粒径20.2μmであり、内部に空孔を有していなかった。
〔多孔質粒子等の特性評価〕
(1)多孔質粒子の断面の観察
樹脂粒子A1~A24については、可視光硬化型包埋樹脂D-800と四酸化ルテニウムを使用して観察することにより、空孔を鮮明に確認することができた。その際、樹脂部分は白く、空孔部分は、黒く観察された。また、樹脂粒子A26~A32については、樹脂部分白く、空孔部分は若干灰色に観察された。
(1)多孔質粒子の断面の観察
樹脂粒子A1~A24については、可視光硬化型包埋樹脂D-800と四酸化ルテニウムを使用して観察することにより、空孔を鮮明に確認することができた。その際、樹脂部分は白く、空孔部分は、黒く観察された。また、樹脂粒子A26~A32については、樹脂部分白く、空孔部分は若干灰色に観察された。
(2)その他の評価
製造例A1~A34において得られた各樹脂粒子について、前述した方法にて、体積平均粒径、内層部領域及び外層部領域の空孔率、内層部領域及び外層部領域の空孔径を測定した。また、内層部領域に対する外層部領域の空孔率の比、及び、空孔径の比を算出した。これらの結果を表2に示す。なお、各樹脂粒子の形状(多孔質粒子、中実粒子、多中空粒子、または、単中空粒子)についても、表2に記載する。
製造例A1~A34において得られた各樹脂粒子について、前述した方法にて、体積平均粒径、内層部領域及び外層部領域の空孔率、内層部領域及び外層部領域の空孔径を測定した。また、内層部領域に対する外層部領域の空孔率の比、及び、空孔径の比を算出した。これらの結果を表2に示す。なお、各樹脂粒子の形状(多孔質粒子、中実粒子、多中空粒子、または、単中空粒子)についても、表2に記載する。
<3.導電性粒子の製造例>
〔製造例B1〕
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「#52」(商品名、三菱化学(株)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。なお、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1.1×102Ω・cmであった。
〔製造例B1〕
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「#52」(商品名、三菱化学(株)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。なお、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1.1×102Ω・cmであった。
<4.絶縁性粒子の製造例>
〔製造例B2〕
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%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。なお、得られた表面処理酸化チタン粒子は、平均粒径が15nmであり、体積抵抗率は5.2×1015Ω・cmであった。
〔製造例B2〕
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%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。なお、得られた表面処理酸化チタン粒子は、平均粒径が15nmであり、体積抵抗率は5.2×1015Ω・cmであった。
<実施例1>
〔1.導電性基体の作製〕
直径6mm、長さ244mmのステンレス鋼製の基体に、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。
〔1.導電性基体の作製〕
直径6mm、長さ244mmのステンレス鋼製の基体に、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。
〔2.導電性ゴム組成物の作製〕
エピクロルヒドリンゴム(EO-EP-AGE三元共化合物、EO/EP/AGE=73mol%/23mol%/4mol%)100質量部に対し下記表3に示す他の7種類の材料を加えて、50℃に調節した密閉型ミキサーで10分間混練して、原料コンパウンドを調製した。
エピクロルヒドリンゴム(EO-EP-AGE三元共化合物、EO/EP/AGE=73mol%/23mol%/4mol%)100質量部に対し下記表3に示す他の7種類の材料を加えて、50℃に調節した密閉型ミキサーで10分間混練して、原料コンパウンドを調製した。
これに、加硫剤として硫黄0.8質量部、加硫促進剤としてジベンゾチアジルスルフィド(DM)1質量部及びテトラメチルチウラムモノスルフィド(TS)0.5質量部を添加した。次いで20℃に冷却した二本ロール機にて10分間混練し、導電性ゴム組成物を作製した。その際、二本ロールの間隙を1.5mmに調整した。
〔3.弾性ローラの作製〕
クロスヘッドを具備する押出成形装置を用いて、前記導電性基体を中心軸として、その外周部を同軸円筒状に前記導電性ゴム組成物によって被覆し、ゴムローラを得た。被覆したゴム組成物の厚みは、1.75mmに調整した。
クロスヘッドを具備する押出成形装置を用いて、前記導電性基体を中心軸として、その外周部を同軸円筒状に前記導電性ゴム組成物によって被覆し、ゴムローラを得た。被覆したゴム組成物の厚みは、1.75mmに調整した。
このゴムローラを、熱風炉にて160℃で1時間加熱したのち、弾性層の端部を除去して、長さを224mmとし、更に、160℃で1時間2次加熱を行い、層厚1.75mmの予備被覆層を有するローラを作成した。
得られたローラの外周面を、プランジカット式の円筒研磨機を用いて研磨した。研磨砥石としてビトリファイド砥石を用い、砥粒は緑色炭化珪素(GC)で粒度は100メッシュとした。ローラの回転数を350rpmとし、研磨砥石の回転数を2050rpmとした。ローラの回転方向と研磨砥石の回転方向は、同方向(従動方向)とした。切込み速度は、砥石が未研磨ローラに接してから直径9mmに研磨されるまでに10mm/minから0.1mm/minまで段階的に変化させ、スパークアウト時間(切込み0mmでの時間)は5秒間に設定し、弾性ローラを作製した。弾性層の厚みは、1.5mmに調整した。なお、このローラのクラウン量は100μmとした。
〔4.表面層用塗布液の作製〕
カプロラクトン変性アクリルポリオール溶液「プラクセルDC2016」(商品名、(株)ダイセル製)にメチルイソブチルケトンを加え、固形分が12質量%となるように調整した。この溶液834質量部(アクリルポリオール固形分100質量部)に対して、下記表4の成分(1)の欄に示す他の4種類の材料を加え、混合溶液を調製した。
カプロラクトン変性アクリルポリオール溶液「プラクセルDC2016」(商品名、(株)ダイセル製)にメチルイソブチルケトンを加え、固形分が12質量%となるように調整した。この溶液834質量部(アクリルポリオール固形分100質量部)に対して、下記表4の成分(1)の欄に示す他の4種類の材料を加え、混合溶液を調製した。
次いで、内容積450mLのガラス瓶内に上記混合溶液188.5g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48時間分散した。分散後、樹脂粒子A1を7.2g添加した。尚、これは、アクリルポリオール固形分100質量部に対して、樹脂粒子A1が、40質量部相当量である。その後、5分間分散し、ガラスビーズを除去して表面層用の塗布液を作製した。上記塗布液の比重は、0.9110であった。なお、比重は、塗布液に市販の比重計を投入して測定した。
〔5.表面層の形成〕
前記弾性ローラを、その長手方向を鉛直方向にして、前記塗布液中に浸漬して、ディッピング法で塗工した。浸漬時間は9秒間、引き上げ速度は、初期速度が20mm/s、最終速度は、2mm/s、その間は、時間に対して、直線的に速度を変化させた。得られた塗工物を、23℃で30分間風乾した後、熱風循環乾燥炉にて温度80℃で30分間、更に、温度160℃で1時間乾燥して、塗膜を硬化させて、導電性基体の外周部に、弾性層及び表面層がこの順に形成された帯電ローラ1を得た。表面層の膜厚は4.9μmであった。なお、表面層の膜厚は、樹脂粒子が存在しない箇所において、測定した。
前記弾性ローラを、その長手方向を鉛直方向にして、前記塗布液中に浸漬して、ディッピング法で塗工した。浸漬時間は9秒間、引き上げ速度は、初期速度が20mm/s、最終速度は、2mm/s、その間は、時間に対して、直線的に速度を変化させた。得られた塗工物を、23℃で30分間風乾した後、熱風循環乾燥炉にて温度80℃で30分間、更に、温度160℃で1時間乾燥して、塗膜を硬化させて、導電性基体の外周部に、弾性層及び表面層がこの順に形成された帯電ローラ1を得た。表面層の膜厚は4.9μmであった。なお、表面層の膜厚は、樹脂粒子が存在しない箇所において、測定した。
〔6.表面層に含まれる樹脂粒子の各種特性値の測定〕
前述した方法により、樹脂粒子の体積平均粒径、樹脂粒子全体の空孔率Vt、「凸部頂点側領域」の空孔率V11、及び「凸部頂点側領域」の空孔径を測定した。結果を表8に示す。
前述した方法により、樹脂粒子の体積平均粒径、樹脂粒子全体の空孔率Vt、「凸部頂点側領域」の空孔率V11、及び「凸部頂点側領域」の空孔径を測定した。結果を表8に示す。
〔7.帯電ローラの電気抵抗の測定〕
前述した方法により、帯電ローラ1の電気抵抗値を測定した。結果を表8に示す。
前述した方法により、帯電ローラ1の電気抵抗値を測定した。結果を表8に示す。
〔8.画像評価〕
図10に示す構成を有する電子写真装置であるキヤノン(株)製モノクロレーザープリンタ(「LBP6300」(商品名))を使用し、更に、外部より、帯電部材に電圧を印加した。印加する電圧は、交流と直流の重畳電圧とし、交流電圧は、ピークピーク電圧(Vpp)1400V、周波数(f)1350Hzとし、直流電圧(Vdc)は-560Vとした。画像の解像度は、600dpiで出力した。なお、プロセスカートリッジとして、上記プリンタ用のプロセスカートリッジを用いた。
図10に示す構成を有する電子写真装置であるキヤノン(株)製モノクロレーザープリンタ(「LBP6300」(商品名))を使用し、更に、外部より、帯電部材に電圧を印加した。印加する電圧は、交流と直流の重畳電圧とし、交流電圧は、ピークピーク電圧(Vpp)1400V、周波数(f)1350Hzとし、直流電圧(Vdc)は-560Vとした。画像の解像度は、600dpiで出力した。なお、プロセスカートリッジとして、上記プリンタ用のプロセスカートリッジを用いた。
まず、上記プロセスカーリッジから、付属のトナーをすべて取り出した。一方で、キヤノン(株)製モノクロレーザープリンタ(「LBP6200」(商品名))のプロセスカートリッジから、付属のトナーを取り出し、上記プロセスカーリッジに取り出した質量と同質量投入した。更に、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、その代わりに前記帯電ローラ1をセットした。また、図11に示すように、この帯電ローラを、電子写真感光体に対し、一端で4.9N、両端で合計9.8Nのバネによる押し圧力で当接させた。
このプロセスカートリッジを環境1(温度7.5℃、相対湿度30%の環境)、環境2(温度15℃、相対湿度10%の環境)、及び、環境3(温度23℃、相対湿度50%の環境)の各環境に24時間馴染ませた。その後、それぞれの環境にて、電子写真画像の形成を行った。
電子写真画像の形成は、電子写真感光体の回転方向と垂直方向に幅2ドット、間隔186ドットの横線画像を10千枚出力した。この10千枚の出力は、1日当たり2.5千枚とし、2枚ごとにプリンタの回転を3秒間停止する条件で行った。ここで、当該横線画像の2.5千枚出力後、5千枚出力後、7.5千枚出力後、及び10千枚出力後の翌日の最初に、それぞれ、ベタ白画像1枚と、ハーフトーン画像1枚を出力した。
なお、ハーフトーン画像とは、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である。こうして得たベタ白画像とハーフトーン画像を目視にて観察した。上記ベタ白画像では、縦スジ画像の評価を、上記ハーフトーン画像では、横スジ画像の評価を下記基準に基づき判定した。
ランク1;縦スジ画像、横スジ画像は発生しない。
ランク2;軽微な縦スジ画像、横スジ画像が認められるのみである。
ランク3;一部に、縦スジ画像、横スジ画像が、帯電ローラのピッチで確認できるが、実用上問題無い。
ランク4;縦スジ画像、横スジ画像が目立ち、画質の低下が認められる。
ランク1;縦スジ画像、横スジ画像は発生しない。
ランク2;軽微な縦スジ画像、横スジ画像が認められるのみである。
ランク3;一部に、縦スジ画像、横スジ画像が、帯電ローラのピッチで確認できるが、実用上問題無い。
ランク4;縦スジ画像、横スジ画像が目立ち、画質の低下が認められる。
評価結果を表9に示す。表9において、画像No.1~No.4は、それぞれ、2.5千枚出力後、5千枚出力後、7.5千枚出力後、及び10千枚出力後のベタ白画像を意味する。一方、画像No.5~No.8は、それぞれ、2.5千枚出力後、5千枚出力後、7.5千枚出力後、及び10千枚出力後のハーフトーン画像を意味する。
なお、電子写真画像の形成工程における帯電ローラのニップ内放電強度の低下は、上記横スジ画像を発生させる場合があり、本画像評価は、ニップ内放電強度の低下を抑制する効果と、電子写真画像の品位との相関関係をみるためのものである。
〔9.ニップ内放電強度の確認〕
ガラス板(縦300mm、横240mm、厚み4.5mm)の表面上に5μmのITO膜を形成し、更に、その上に、電荷輸送層のみを17μmに成膜した。図6に示すように、上記成膜後のガラス板401の表面側から、帯電ローラ5を、一端で4.9N、両端で合計9.8Nのバネによる押し圧力で当接できるような工具を作成した。更に、ガラス板401を、モノクロレーザプリンタ(商品名:「LBP6300」、キヤノン(株)製)と同様のスピードで走査できるようにした。
ガラス板(縦300mm、横240mm、厚み4.5mm)の表面上に5μmのITO膜を形成し、更に、その上に、電荷輸送層のみを17μmに成膜した。図6に示すように、上記成膜後のガラス板401の表面側から、帯電ローラ5を、一端で4.9N、両端で合計9.8Nのバネによる押し圧力で当接できるような工具を作成した。更に、ガラス板401を、モノクロレーザプリンタ(商品名:「LBP6300」、キヤノン(株)製)と同様のスピードで走査できるようにした。
上記ガラス板401を電子写真感光体であると見做して、当接部下側(ガラス板401の表面と反対側)から高速度ゲートI.I.ユニットC9527-2(製品名、浜松ホトニクス(株)製)を介して、高速度カメラFASTCAM-SA1.1(製品名、浜松ホトニクス(株)製)で観察することにより、帯電ローラのニップ内放電強度を確認した。帯電ローラへの印加電圧は、上記画像評価(耐久評価)と同条件とした。
まず、上記耐久評価前の帯電ローラについて観察を行い、更に、上記耐久評価後の帯電ローラについて観察を行った。これにより、ニップ内放電強度が維持できているかどうかを確認し、上記電子写真画像の品位との相関を確認した。
ニップ内放電について、撮影速度3000fpsで、約0.3秒間撮影を行い、その動画を平均化処理した画像を出力した。撮影に際しては、適宜感度を調整し、撮影画像の明るさを調整した。出力した画像を、耐久評価前及び耐久評価後で比較し、下記基準で判定した。
ランク1;耐久評価前後でニップ内放電強度が変化しない。
ランク2;耐久評価前後でニップ内放電強度の変化が、軽微に認められる。
ランク3;耐久評価前後でニップ内一部に、ニップ内放電強度の低下が認められる。
ランク4;耐久評価後において、ニップ内放電がほとんど発生していない。
ランク1;耐久評価前後でニップ内放電強度が変化しない。
ランク2;耐久評価前後でニップ内放電強度の変化が、軽微に認められる。
ランク3;耐久評価前後でニップ内一部に、ニップ内放電強度の低下が認められる。
ランク4;耐久評価後において、ニップ内放電がほとんど発生していない。
評価結果を表9に示す。なお、ニップ内放電の観察環境は、環境2とした。環境2は、湿度が最も低い環境であり、帯電ローラの電気抵抗値の不均一性が最も促進されやすい環境であるためである。帯電部材と同時に、観察のためのガラス板も同時に、環境2に放置し、環境2から取り出した直後に、観察を行った。
<実施例2~5>
樹脂粒子の種類を表8に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、帯電部材2~5を得た。
樹脂粒子の種類を表8に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、帯電部材2~5を得た。
<実施例6>
表面層の形成において、温度160℃での1時間の乾燥を、温度170℃での1時間の乾燥に変更したこと以外は、実施例5と同様にして、帯電部材6を得た。
表面層の形成において、温度160℃での1時間の乾燥を、温度170℃での1時間の乾燥に変更したこと以外は、実施例5と同様にして、帯電部材6を得た。
<実施例7>
〔1.表面層塗布液の作製〕
カプロラクトン変性アクリルポリオール溶液「プラクセルDC2016」(商品名、(株)ダイセル製)にメチルイソブチルケトンを加え、固形分が11質量%となるように調整した。この溶液714質量部(アクリルポリオール固形分100質量部)に対して、下記表5の成分(1)の欄に示す他の4種類の材料を加え、混合溶液を調製した。尚、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.表面層塗布液の作製〕
カプロラクトン変性アクリルポリオール溶液「プラクセルDC2016」(商品名、(株)ダイセル製)にメチルイソブチルケトンを加え、固形分が11質量%となるように調整した。この溶液714質量部(アクリルポリオール固形分100質量部)に対して、下記表5の成分(1)の欄に示す他の4種類の材料を加え、混合溶液を調製した。尚、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。
次いで、内容積450mLのガラス瓶内に上記混合溶液187g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48時間分散した。分散後、樹脂粒子A6を8.25g添加した。尚これは、アクリルポリオール固形分100質量部に対して、樹脂粒子A6が、50質量部相当量である。その後、5分間分散し、ガラスビーズを除去して表面層用の塗布液を作製した。上記塗布液の比重は、0.9000であった。上記以外は、実施例1と同様にして、帯電部材7を得た。
<実施例8~13>
樹脂粒子の種類を表8に示すように変更した以外は、実施例7と同様にして、帯電部材8~13を得た
樹脂粒子の種類を表8に示すように変更した以外は、実施例7と同様にして、帯電部材8~13を得た
<実施例14>
樹脂粒子の種類を表8に示すように変更した以外は、実施例6と同様にして、帯電部材14を得た。
樹脂粒子の種類を表8に示すように変更した以外は、実施例6と同様にして、帯電部材14を得た。
<実施例15~21>
樹脂粒子の種類を表8に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして、帯電部材15~21を得た。
樹脂粒子の種類を表8に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして、帯電部材15~21を得た。
<実施例22>
〔1.弾性ローラの作製〕
エピクロルヒドリンゴムとして、エピクロルヒドリンゴム(EO-EP-AGE三元共化合物、EO/EP/AGE=56mol%/40mol%/4mol%)を用いた以外は、実施例1と同様にして、弾性ローラを得た。
〔1.弾性ローラの作製〕
エピクロルヒドリンゴムとして、エピクロルヒドリンゴム(EO-EP-AGE三元共化合物、EO/EP/AGE=56mol%/40mol%/4mol%)を用いた以外は、実施例1と同様にして、弾性ローラを得た。
〔2.表面層用の塗布液の作製〕
ポリビニルブチラール「エスレックB」(商品名、積水化学工業社製)にメチルイソブチルケトンを加え、固形分が10質量%になるように調整した。この溶液1000質量部(ポリビニルブチラール固形分100質量部)に対して下記表6の成分(1)の欄に示す他の3種類の材料を加え、混合溶液を調製した。
ポリビニルブチラール「エスレックB」(商品名、積水化学工業社製)にメチルイソブチルケトンを加え、固形分が10質量%になるように調整した。この溶液1000質量部(ポリビニルブチラール固形分100質量部)に対して下記表6の成分(1)の欄に示す他の3種類の材料を加え、混合溶液を調製した。
次いで、内容積450mLのガラス瓶内に上記混合溶液170g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30時間分散した。分散後、樹脂粒子A20を7.5g添加した。尚これは、アクリルポリオール固形分100質量部に対して、樹脂粒子A20が、50質量部相当量である。その後、5分間分散し、ガラスビーズを除去して表面層用の塗布液を作製した。上記塗布液の比重は、0.9100であった。
この後、弾性ローラ及び表面層用の塗布液を上記に変更し、且つ、表面層塗膜の最終乾燥温度を130℃に変更したこと以外は、実施例21と同様にして、帯電部材22を得た。
<実施例23>
樹脂粒子の種類を表8に示すように変更した以外は、実施例22と同様にして、帯電部材23を得た。
樹脂粒子の種類を表8に示すように変更した以外は、実施例22と同様にして、帯電部材23を得た。
<実施例24>
〔1.弾性ローラの作製〕
アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)(商品名:N230SV、JSR(株)製)100質量部に対し下記表7に示す他の4種類の材料を加えて、50℃に調節した密閉型ミキサーにて15分間混練し、原料コンパウンドを調製した。これに、加硫剤として硫黄1.2質量部、加硫促進剤として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)4.5質量部を添加し、温度25℃に冷却した二本ロール機にて10分間混練し、導電性ゴム組成物を作製した。この後、樹脂粒子の種類を表8に示すように変更した以外は、実施例7と同様にして、帯電部材24を得た。
〔1.弾性ローラの作製〕
アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)(商品名:N230SV、JSR(株)製)100質量部に対し下記表7に示す他の4種類の材料を加えて、50℃に調節した密閉型ミキサーにて15分間混練し、原料コンパウンドを調製した。これに、加硫剤として硫黄1.2質量部、加硫促進剤として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)4.5質量部を添加し、温度25℃に冷却した二本ロール機にて10分間混練し、導電性ゴム組成物を作製した。この後、樹脂粒子の種類を表8に示すように変更した以外は、実施例7と同様にして、帯電部材24を得た。
<実施例25及び26>
樹脂粒子の種類を表8に示すように変更した以外は、実施例24と同様にして、帯電部材25及び26を得た。
樹脂粒子の種類を表8に示すように変更した以外は、実施例24と同様にして、帯電部材25及び26を得た。
〔実施例2~26における各種評価〕
実施例1と同様にして、帯電部材の凸部において、樹脂粒子の体積平均粒径、樹脂粒子全体の空孔率Vt、「凸部頂点側領域」の空孔率V11、及び「凸部頂点側領域」の空孔径を測定した。すべての実施例において、樹脂粒子が本発明の空孔率の条件を満足することを確認した。
実施例1と同様にして、帯電部材の凸部において、樹脂粒子の体積平均粒径、樹脂粒子全体の空孔率Vt、「凸部頂点側領域」の空孔率V11、及び「凸部頂点側領域」の空孔径を測定した。すべての実施例において、樹脂粒子が本発明の空孔率の条件を満足することを確認した。
なお、表面層用の塗布液の比重、表面層の膜厚の測定、耐久評価の実施と、それに伴う、ニップ内放電強度の確認、帯電ローラの電気抵抗値の測定を実施した。これらの評価結果を表8または表9に示す。
<比較例1>
樹脂粒子A20の代わりに樹脂粒子A25(中実粒子)を用いたこと以外は、実施例22と同様にして、帯電部材C1を得た。この帯電部材の凸部は空孔を有していなかった。
樹脂粒子A20の代わりに樹脂粒子A25(中実粒子)を用いたこと以外は、実施例22と同様にして、帯電部材C1を得た。この帯電部材の凸部は空孔を有していなかった。
<比較例2>
樹脂粒子A25(中実粒子)の代わりに樹脂粒子A26を用いたこと以外は、比較例1と同様にして、帯電部材C2を得た。この帯電部材において、樹脂粒子は本発明の空孔率の条件を満足していなかった。
樹脂粒子A25(中実粒子)の代わりに樹脂粒子A26を用いたこと以外は、比較例1と同様にして、帯電部材C2を得た。この帯電部材において、樹脂粒子は本発明の空孔率の条件を満足していなかった。
<比較例3>
樹脂粒子A25(中実粒子)の代わりに樹脂粒子A27を用いたこと以外は、比較例1と同様にして、帯電部材C3を得た。この帯電部材の凸部は空孔を有していなかった。
樹脂粒子A25(中実粒子)の代わりに樹脂粒子A27を用いたこと以外は、比較例1と同様にして、帯電部材C3を得た。この帯電部材の凸部は空孔を有していなかった。
<比較例4及び5>
樹脂粒子A25(中実粒子)の代わりに樹脂粒子A28またはA29を用いたこと以外は、比較例1と同様にして、帯電部材C4及びC5を得た。これらの帯電部材において、樹脂粒子は本発明の空孔率の条件を満足していなかった。
樹脂粒子A25(中実粒子)の代わりに樹脂粒子A28またはA29を用いたこと以外は、比較例1と同様にして、帯電部材C4及びC5を得た。これらの帯電部材において、樹脂粒子は本発明の空孔率の条件を満足していなかった。
<比較例6~8>
樹脂粒子A22の代わりに樹脂粒子A30~A32を用いたこと以外は、実施例24と同様にして、帯電部材C6~C8を得た。これらの帯電部材において、樹脂粒子は本発明の空孔率の条件を満足していなかった。
樹脂粒子A22の代わりに樹脂粒子A30~A32を用いたこと以外は、実施例24と同様にして、帯電部材C6~C8を得た。これらの帯電部材において、樹脂粒子は本発明の空孔率の条件を満足していなかった。
<比較例9>
弾性ローラとして、比較例6と同様のローラを使用した。表面層用の塗布液としては、実施例22の表面層用の塗布液に使用する溶剤を、メチルイソブチルケトンからメチルエチルケトンへ変更し、樹脂粒子A20の代わりに樹脂粒子A33(マイクロカプセル)を用い、添加部数を20質量部に変更した。
弾性ローラとして、比較例6と同様のローラを使用した。表面層用の塗布液としては、実施例22の表面層用の塗布液に使用する溶剤を、メチルイソブチルケトンからメチルエチルケトンへ変更し、樹脂粒子A20の代わりに樹脂粒子A33(マイクロカプセル)を用い、添加部数を20質量部に変更した。
この後、表面層塗膜の最終乾燥温度を160℃、乾燥時間を30分間に変更した以外は、実施例22と同様にして、帯電部材C9を得た。本比較例においては、最終乾燥温度投入時に、樹脂粒子A33が膨張し、帯電部材の表面には、「単中空粒子」に由来する凸部が形成された。この樹脂粒子は本発明の空孔率の条件を満足していなかった。
<比較例10>
樹脂粒子A20の代わりに樹脂粒子A34(中実粒子)を用いたこと以外は、実施例22と同様にして、帯電部材C10を得た。この帯電部材の凸部は空孔を有していなかった。
樹脂粒子A20の代わりに樹脂粒子A34(中実粒子)を用いたこと以外は、実施例22と同様にして、帯電部材C10を得た。この帯電部材の凸部は空孔を有していなかった。
<比較例11>
表面層塗膜の最終乾燥温度を、140℃に変更する以外は、比較例9と同様にして、帯電部材C11を得た。本比較例においても、比較例9と同様に、帯電部材の表面には、単中空粒子に由来する凸部が形成された。この帯電部材において、樹脂粒子は本発明の空孔率の条件を満足していなかった。
表面層塗膜の最終乾燥温度を、140℃に変更する以外は、比較例9と同様にして、帯電部材C11を得た。本比較例においても、比較例9と同様に、帯電部材の表面には、単中空粒子に由来する凸部が形成された。この帯電部材において、樹脂粒子は本発明の空孔率の条件を満足していなかった。
〔比較例1~11における各種評価〕
表面層用の塗布液の比重、表面層の膜厚の測定、耐久評価の実施と、それに伴う、ニップ内放電強度の確認、帯電ローラの電気抵抗値の測定を実施した。これらの評価結果を表8または表9に示す。
表面層用の塗布液の比重、表面層の膜厚の測定、耐久評価の実施と、それに伴う、ニップ内放電強度の確認、帯電ローラの電気抵抗値の測定を実施した。これらの評価結果を表8または表9に示す。
この出願は2013年1月29日に出願された日本国特許出願番号2013-014877、2013年6月24日に出願された日本国特許出願番号2013-131729、および2013年7月23日に出願された日本国特許出願番号2013-152790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。
1 導電性基体
2 導電性の弾性層
3 導電性の表面層
4 電子写真感光体
5 帯電部材(帯電ローラ)
104 樹脂粒子
105 帯電部材の表面層の凸部
106 帯電部材の表面層の凸部頂点側領域
2 導電性の弾性層
3 導電性の表面層
4 電子写真感光体
5 帯電部材(帯電ローラ)
104 樹脂粒子
105 帯電部材の表面層の凸部
106 帯電部材の表面層の凸部頂点側領域
Claims (13)
- 導電性基体と導電性の表面層を有する帯電部材であって、
該表面層は、
バインダー樹脂と、
該バインダー樹脂に分散されている導電性粒子と、
該表面層を粗面化させている樹脂粒子と、を含み、
該表面層は、その表面に該樹脂粒子に由来する複数の凸部を有し、
該凸部を形成している樹脂粒子は、
その内部に空孔を有し、粒子全体の空孔率Vtが2.5体積%以下であり、かつ、
該樹脂粒子が空孔を有しない中実粒子であると仮定したときの該中実粒子内の11体積%を占める領域であって該導電性基体からの距離が最も離れた領域における空孔率V11が5体積%以上、20体積%以下であることを特徴とする帯電部材。
- 前記空孔率V11が、5.5体積%以上、15体積%以下である請求項1に記載の帯電部材。
- 前記樹脂粒子の、該樹脂粒子が空孔を有しない中実粒子であると仮定したときの該中実粒子内の11体積%を占める領域であって該導電性基体からの距離が最も離れた領域における空孔径R11が、平均空孔径で、30nm以上、200nm以下である請求項1又は2に記載の帯電部材。
- 前記空孔径R11が、平均空孔径で、60nm以上、150nm以下である請求項3に記載の帯電部材。
- 前記帯電部材の十点平均表面粗さ(Rzjis)が、8μm以上、100μm以下である請求項1~4のいずれか一項に記載の帯電部材。
- 前記帯電部材の表面の凹凸平均間隔(RSm)が、20μm以上、300μm以下である請求項1~5のいずれか一項に記載の帯電部材。
- 前記導電性粒子の平均粒径が、5nm以上、300nm以下である請求項1~6のいずれか一項に記載の帯電部材。
- 前記樹脂粒子が、アクリル樹脂、スチレン樹脂、及びアクリルスチレン樹脂から選択される1種以上の樹脂からなる粒子である請求項1~7のいずれか一項に記載の帯電部材。
- 前記表面層中における樹脂粒子の含有量が、前記バインダー樹脂100質量部に対して、2質量部以上、100質量部以下である請求項1~8のいずれか一項に記載の帯電部材。
- 前記表面層中における樹脂粒子の含有量が、前記バインダー樹脂100質量部に対して、5質量部以上、80質量部以下である請求項9に記載の帯電部材。
- 前記樹脂粒子の体積平均粒径が、10μm以上、50μm以下である請求項1~10のいずれか一項に記載の帯電部材。
- 請求項1~11のいずれか一項に記載の帯電部材が被帯電体と少なくとも一体化され、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。
- 請求項1~11のいずれか一項に記載の帯電部材と、被帯電体とを有することを特徴とする電子写真装置。
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