WO2014119245A1 - 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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- G03G21/18—Mechanical means for facilitating the maintenance of the apparatus, e.g. modular arrangements using a processing cartridge, whereby the process cartridge comprises at least two image processing means in a single unit
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. Device).
- the electrophotographic apparatus as a charging method of the surface of the electrophotographic photosensitive member, there is a contact charging method of charging the surface of the electrophotographic photosensitive member by applying a voltage to a charging member that is in contact with or close to the surface of the electrophotographic photosensitive member.
- a voltage to be applied include only a DC voltage or a voltage obtained by superimposing an AC voltage on a DC voltage.
- Patent Document 1 discloses that a convex portion derived from resin particles and a convex portion derived from graphite particles are formed on the surface of the surface layer, and the convex portion derived from the graphite particles.
- the number of convex portions derived from graphite particles having a positive distance from the plane including the vertices of the convex portions derived from the three resin particles adjacent to the total number of convex portions derived from the graphite particles A charging roller having 80% or more is disclosed. It is disclosed that according to such a charging roller, the charging potential of the electrophotographic photosensitive member can be made uniform, and a high-quality electrophotographic image can be formed.
- the inventors of the present invention have confirmed that the charging member according to Patent Document 1 is effective in making the charging potential of the electrophotographic photosensitive member uniform.
- the following problems to be solved have been found. That is, in a charging member in which a conductive layer containing a polymer having a unit derived from ethylene oxide such as epichlorohydrin rubber (hereinafter also referred to as “conductive elastic layer”) is disposed immediately below the surface layer, In some cases, the discharge intensity with respect to the electrophotographic photosensitive member gradually decreases due to a difference in electric resistance generated at the interface with the elastic layer.
- Such a decrease in discharge intensity over time may cause defects in the electrophotographic image.
- a charging method hereinafter referred to as “AC / DC superimposed charging method” in which a voltage obtained by superimposing an AC voltage on a DC voltage is applied to a charging member.
- AC / DC superimposed charging method a charging method in which interference fringes may occur in the electrophotographic image if the discharge intensity from the charging member to the electrophotographic photosensitive member is reduced.
- an electrophotographic image in which interference fringes are generated is also referred to as a “moire image”.
- the “moire image” is generated for the following reason.
- the surface of the electrophotographic photosensitive member is charged in a cycle pattern corresponding to the period of the alternating voltage applied to the charging member due to a decrease in the discharge intensity from the charging member to the electrophotographic photosensitive member.
- a halftone image in which a horizontal line is drawn in a direction perpendicular to the rotation direction of the electrophotographic photosensitive member on the surface of the electrophotographic photosensitive member thus charged (for example, a width of 1 dot and an interval of 2 dots, or a width of 1 When exposure is performed to output 3 dots), a portion charged in the charging cycle pattern interferes with a potential fluctuation portion due to exposure for forming a halftone image, thereby forming a “moire image”. Is. Therefore, the occurrence of moire in the halftone image can be a measure for a decrease in discharge intensity.
- an object of the present invention is to provide a charging member that is excellent in charging performance for an electrophotographic photosensitive member and that hardly changes over time in the charging performance.
- 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, a conductive elastic layer, and a conductive surface layer, the elastic layer comprising a polymer having units derived from ethylene oxide, graphite particles, and graphitization. At least one particle selected from particles, and there is an exposed portion of one or both particles selected from the graphite particles and the graphitized particles on the surface of the elastic layer, and the graphite particles and the graphite particles.
- the surface of the elastic layer including the exposed portion of one or both of the graphitized particles is coated with the surface layer, and the surface layer is dispersed in the binder resin and the binder resin.
- a process cartridge in which the charging member is integrated with a member to be charged and is configured to be detachable from the main body of the electrophotographic apparatus.
- an electrophotographic apparatus comprising the above charging member and an electrophotographic photosensitive member arranged so as to be capable of being charged by the charging member.
- the present invention it is possible to obtain a charging member that has excellent charging performance and whose charging performance hardly changes over time. Further, according to the present invention, a process cartridge and an electrophotographic apparatus useful for stably forming a high-quality electrophotographic image can be obtained.
- FIG. 3 is a schematic diagram showing a positional relationship between a projected portion of resin particles and an exposed portion such as graphite particles when the resin particles in the conductive surface layer according to the present invention are orthographically projected onto the surface of the conductive elastic layer. is there. It is the schematic which shows the flow of the solvent osmosis
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an example of an electrophotographic apparatus according to the present invention.
- 2 is a schematic cross-sectional view of an example of a process cartridge according to the present invention.
- FIG. It is the schematic showing the contact state of the charging member (roller shape) concerning this invention, and an electrophotographic photoreceptor.
- FIG. 1A shows an example of a cross-section of a charging member according to the present invention.
- This charging member has a conductive base 1, a conductive elastic layer 2 and a conductive surface layer 3 covering the peripheral surface thereof. And have.
- the charging member may have a configuration in which two or more conductive elastic layers are provided.
- a conductive substrate and a layer sequentially stacked on the conductive substrate are bonded via a conductive adhesive. Also good.
- a known conductive agent can be used as the adhesive for making it conductive.
- the conductive elastic layer 21 and the conductive elastic layer 22 shown in FIG. 1B may be bonded via a conductive adhesive.
- FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a conductive elastic layer (hereinafter sometimes simply referred to as “elastic layer”) and a conductive surface layer (hereinafter also simply referred to as “surface layer”).
- the elastic layer 2 includes a polymer having units derived from ethylene oxide, and one or both particles (101, 102, and 103) selected from graphite particles and graphitized particles, and on the surface thereof, It has an exposed portion (for example, 105) of one or both of the particles selected from graphite particles and graphitized particles.
- the surface including the exposed portion of the elastic layer is covered with the surface layer 3, and the surface layer 3 includes a binder resin and resin particles 104, and a plurality of protrusions derived from the resin particles are formed on the surface. Has a part.
- FIG. 3 shows a schematic view when the resin particles in the surface layer are orthographically projected onto the surface of the elastic layer.
- On the surface 107 of the elastic layer there is an exposed portion (for example, 105) of one or both particles selected from the graphite particles and graphitized particles.
- the projected portion when the resin particles in the surface layer are orthographically projected onto the surface of the elastic layer is an area indicated by 106, for example.
- a portion other than the projection portion overlaps with an exposed portion (for example, 105) of one or both of the graphite particles and the graphitized particles. Yes.
- the inventors of the present invention examined the discharge state when the charging member charges the electrophotographic photosensitive member. During the process, the discharge state at the nip portion between the charging member and the electrophotographic photosensitive member was observed in detail. As a result, the charging member having a convex portion derived from resin particles or the like generates a minute gap in the nip with the electrophotographic photosensitive member. In the charging step, it was found that discharge from the charging member to the electrophotographic photosensitive member occurred in the gap, and stable charging was performed.
- the discharge generated in the minute gap generated in the nip is also referred to as “in-nip discharge”.
- the present inventors speculate that the decrease in the discharge intensity in the nip is due to the following mechanism.
- the discharge from the slope of the convex portion to the electrophotographic photosensitive member plays an important role in the conductive surface of the charging member.
- a discharge product or the like adheres to the slope portion of the convex portion, becomes insulating, and discharge from the slope portion of the convex portion hardly occurs.
- the intensity of discharge in the nip decreases with time.
- the present inventors have studied to suppress a decrease in the discharge intensity in the nip.
- at least one particle selected from graphite particles and graphitized particles hereinafter referred to as black particles and graphitized particles, “graphite” in a conductive elastic layer containing a polymer having units derived from ethylene oxide.
- the charging member containing the exposed portion of the graphite particles and the position of the convex portion of the surface layer is contained in the nip. The knowledge that the fall of discharge intensity can be suppressed was acquired.
- the control of the positional relationship means that when the resin particles forming the convex portions of the surface layer are orthographically projected onto the surface of the elastic layer, the portion other than the “projection portion of the resin particles” on the surface of the elastic layer It means that it overlaps with exposed parts such as particles. That is, the convex portion of the surface layer is present at a position that does not overlap with the exposed portion of the graphite layer or the like in the elastic layer.
- the vicinity of the convex portion derived from the resin particles is in contact with the electrophotographic photosensitive member, and the convex portion does not exist. In the gap between the electrophotographic photosensitive member and nip discharge occurred. Further, even when an electrophotographic image is formed over a long period of time, the strength of the discharge in the nip is difficult to decrease, and high charging performance is maintained.
- the graphite particles and the graphitized particles are substances containing carbon atoms that form a layer structure by SP2 covalent bonds, as will be described in detail later, and exhibit high conductivity.
- the exposed portion is a portion where graphite particles having high conductivity are present in direct contact with the elastic layer and the surface layer. Thereby, the said exposed part can suppress the raise of the electrical resistance of the interface mentioned above. Further, since the exposed portion is present at a position that does not overlap the convex portion of the surface layer, discharge in the nip is preferentially performed at a portion corresponding to the surface of the charging member of the exposed portion (for example, 108 in FIG. 3). Can be generated.
- the graphite particles and the like are located in a valley portion between the convex portion and the convex portion. Compared with the slope portion of the convex portion, it is considered that the charged product is relatively less likely to adhere to the valley portion even by forming an electrophotographic image over a long period of time. For these reasons, it is presumed that the charging member according to the present invention is less likely to decrease the strength of the in-nip discharge even when an electrophotographic image is formed over a long period of time.
- the above graphite particles in order to stably maintain the discharge intensity in the nip, and to prevent the occurrence of abnormal discharge, the above graphite particles It has also been found that the surface including the exposed portion such as needs to be covered with a surface layer.
- the conductive substrate used in the charging member of the present invention has conductivity and has a function of supporting a conductive elastic 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.
- the conductive elastic layer is provided in order to ensure a sufficient contact nip width between the charging member and the electrophotographic photosensitive member.
- the elastic layer includes a polymer having units derived from ethylene oxide, and thereby imparts conductivity suitable for the charging member.
- the general conductivity required for the elastic layer of the charging member is the volume resistivity when measured in an environment at a temperature of 23 ° C. and a relative humidity of 50% (hereinafter referred to as “room temperature and humidity environment”). Is about 10 2 ⁇ ⁇ cm to 10 10 ⁇ ⁇ cm.
- the volume resistivity of the elastic layer is obtained as follows. First, a material composition having the same composition as the material composition constituting the elastic layer is molded into a sheet having a thickness of 1 mm, and a slice having a length of 5 mm, a width of 5 mm, and a thickness of 1 mm is cut out. A sample for measurement is obtained by vapor-depositing metal on both sides of the section. 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 the volume resistivity is obtained by calculating from the film thickness and the electrode area.
- the general hardness required for the elastic layer of the charging member is about 30 ° to 70 ° in micro hardness (MD-1 type).
- the “micro hardness (MD-1 type)” is a hardness measured using an Asker micro rubber hardness meter MD-1 type (trade name, manufactured by Kobunshi Keiki Co., Ltd.).
- the hardness meter is a value measured in a peak hold mode of 10 N with respect to a charging member left in a room temperature and humidity environment for 12 hours or more.
- Polymer having units derived from ethylene oxide The following can be illustrated as a polymer which has a unit derived from ethylene oxide contained in a conductive elastic layer. Homopolymer of ethylene oxide, copolymer of ethylene oxide and propylene oxide, polyether ester, polyether amide, polyether ester amide, poly (ethylene glycol acrylate), poly (ethylene glycol) methyl ether, poly (ethylene glycol) ) And polyethylene block copolymers, poly (ethylene glycol) and poly (propylene glycol) block copolymers, poly (ethylene glycol) and poly (tetramethylene glycol) block copolymers, epichlorohydrin rubber, and the like.
- the elastic layer may contain a plurality of the above polymers.
- epichlorohydrin rubber is particularly preferable in that it can easily control the electric resistance value of the elastic layer and the hardness of the elastic layer.
- Epichlorohydrin rubber itself has a middle resistance region, specifically, a conductivity of about 1.0 ⁇ 10 9 ⁇ ⁇ cm to 1.0 ⁇ 10 5 ⁇ ⁇ cm in terms of volume resistivity. Therefore, when making the elastic layer conductive, it is not necessary to add a conductive agent to the elastic layer, or the amount of conductive agent added can be reduced. This is advantageous in keeping the elastic layer flexible.
- epichlorohydrin rubber examples include epichlorohydrin homopolymer, epichlorohydrin-ethylene oxide copolymer, epichlorohydrin-allyl glycidyl ether copolymer and epichlorohydrin-ethylene oxide-allyl glycidyl ether terpolymer.
- the terpolymer is preferable because it exhibits particularly stable conductivity in the medium resistance region.
- the ternary copolymer can control conductivity and workability by adjusting the degree of polymerization and the composition ratio.
- the ternary copolymer is preferably a polymer containing 30% by mass or more of units derived from ethylene oxide based on the total mass.
- the elastic layer is particularly preferably an elastic layer containing 40% by mass or more of the terpolymer based on the total mass. This is because the volume resistivity of the elastic layer can be stably set to a value within the above range.
- the unit amount derived from ethylene oxide in the polymer can be calculated using 1 H-NMR and 13 C-NMR.
- the conductive elastic layer includes one or both of particles selected from graphite particles and graphitized particles.
- Graphite particles and graphitized particles are substances containing carbon atoms that form a layer structure by SP2 covalent bonds, and exhibit high conductivity.
- in the Raman spectrum is preferably one peak in the peak intensity half width of 1580 cm -1 derived from graphite (Delta] v 1580) is 80 cm -1 or less, is more preferable than 60cm -1 or less.
- ⁇ v 1580 is a value that becomes an index of the degree of graphitization and the spread of the graphite surface of the SP2 orbit, and an index of conductivity resulting therefrom. By setting it within this range, the graphite particles and the like can easily achieve high conductivity and can more easily suppress a decrease in discharge intensity in the nip.
- the interplanar spacing of the graphite (002) plane such as graphite particles is more preferably 0.3354 nm or more and 0.3365 nm or less. It is known that the interval between the graphite (002) planes of the complete graphite particles is 0.3354 nm, and the conductivity of the graphite particles and graphitized particles decreases as the value increases from 0.3354 nm. . That is, graphite particles and graphitized particles having a crystal structure in which hexagonal mesh planes are stacked have high conductivity because ⁇ electrons that move like free electrons exist in the hexagonal mesh.
- the graphite particles and the like according to the present invention, by setting the spacing of the graphite (002) plane to a value within the above range, the graphite particles and the like can easily achieve high conductivity and discharge within the nip. It is possible to more easily suppress the decrease in strength.
- the graphite particles and graphitized particles have developed a crystal structure in which hexagonal mesh planes are stacked, and have a scaly shape.
- the graphite particles and the graphitized particles are easily cleaved in the polishing step, which is the step of exposing the graphite particles and the graphitized particles, which will be described in detail later.
- Cleavage means that the graphite particles and graphitized particles are peeled off in layers on the crystal plane.
- Examples of the graphite particles according to the present invention include natural graphite, and examples of the graphitized particles include artificial graphite.
- Natural graphite as graphite particles has high crystallinity, and the plane spacing of the graphite (002) plane is preferably in the range of 0.3354 nm to 0.3365 nm.
- the particle size and shape of the graphite particles can be adjusted by pulverization and classification.
- Artificial graphite as graphitized particles can be produced by firing a graphitized particle precursor, and by selecting the precursor and the firing conditions, the shape and conductivity of the obtained graphitized particles can be increased. Can be controlled. That is, the spacing between the graphite (002) planes can be adjusted by firing conditions.
- the shape of the graphitized particles obtained is substantially determined by the shape of the precursor. Examples of the precursor that can be used include bulk mesophase pitch, mesocarbon microbeads, phenol resin, phenol resin coated mesophase, and coke coated pitch.
- the graphitized particles are particularly preferably those obtained by firing bulk mesophase pitch and those obtained by firing mesocarbon microbeads.
- the conductivity of the obtained graphitized particles varies depending on the firing conditions, and generally the conductivity obtained as a result of firing for a long time at a high temperature becomes higher. Furthermore, the conductivity varies depending on the chemical bond structure of the precursor. Since the ease of change in crystallinity such as non-graphitization and graphitization varies depending on the precursor, the same conductivity is not obtained even if firing under the same conditions. Although the specific manufacturing method of these graphitized particles is demonstrated below, a graphitized particle is not necessarily limited to what is obtained by these manufacturing methods.
- Graphitized particles obtained by firing pitch-coated coke can be obtained by adding pitch to the coke, forming and then firing.
- the coke residual oil in petroleum distillation or raw coke obtained by heating coal tar pitch at a temperature of about 500 ° C. and further calcined at a temperature of 1200 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower can be used.
- the pitch a pitch obtained as a distillation residue of tar can be used.
- coke is pulverized and mixed with pitch. Then, it knead
- the molded product is heat-treated at a temperature of 700 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower to impart thermal stability.
- heat treatment is performed at a temperature of 2600 ° C. or higher and 3000 ° C. or lower to obtain desired graphitized particles.
- the molded product is preferably covered with packing coke in order to prevent oxidation.
- the bulk mesophase pitch can be obtained, for example, by extracting ⁇ -resin by solvent fractionation from coal tar pitch or the like, followed by hydrogenation and heavy processing. It can also be obtained by pulverizing after the heavy treatment and then removing the solvent-soluble component with benzene or toluene.
- This bulk mesophase pitch preferably has a quinoline soluble content of 95% by mass or more. If it is 95 mass% or more, it is more preferable because the inside of the particles is liable to be liquid-phase carbonized and easily controlled to a shape close to a sphere.
- the above bulk mesophase pitch is finely pulverized and heat-treated in air at a temperature of 200 ° C. or higher and 350 ° C. or lower to be lightly oxidized. .
- the oxidized bulk mesophase pitch particles suitably have an oxygen content of 5% by mass or more and 15% by mass or less. If the oxygen content is 5% by mass or more, it is possible to suppress intensification of fusion between particles during heat treatment.
- oxygen content is 15 mass% or less, it can oxidize to the inside of particle
- Desired graphitized particles can be obtained by heat-treating the oxidized bulk mesophase pitch particles at a temperature of 1000 ° C. or higher and 3500 ° C. or lower in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen or argon.
- Examples of methods for obtaining mesocarbon microbeads include the following methods. First, coal-based heavy oil or petroleum-based heavy oil is heat-treated at a temperature of 300 ° C. or higher and 500 ° C. or lower and polycondensed to produce crude mesocarbon microbeads. Thereafter, the reaction product is subjected to treatment such as filtration, stationary sedimentation, and centrifugal separation to separate mesocarbon microbeads, followed by washing with a solvent such as benzene, toluene, xylene, and drying.
- a solvent such as benzene, toluene, xylene
- the mesocarbon microbeads after drying are mechanically dispersed with a force that does not cause destruction. It is preferable for preventing or obtaining a uniform particle size.
- the mesocarbon microbeads that have undergone primary dispersion are subjected to primary heat treatment at a temperature of 200 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower in an inert gas atmosphere to obtain a carbide.
- This carbide is preferably mechanically dispersed (secondary dispersion treatment) with a force that does not cause destruction in order to prevent aggregation of the particles after graphitization and to obtain a uniform particle size.
- the desired graphitized particles are obtained by subjecting the carbide after the secondary dispersion treatment to a secondary heat treatment at a temperature of 1000 ° C. or higher and 3500 ° C. or lower in an inert atmosphere.
- the content of graphite particles and / or graphitized particles in the elastic layer of the present invention is preferably 1 part by mass to 100 parts by mass, and more preferably 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polymer having units derived from ethylene oxide. From 50 parts by mass to 50 parts by mass. By setting it within this range, it is easy to achieve the hardness required for the elastic layer, and at the same time, it is easy to control the positional relationship with the resin particles contained in the surface layer described below.
- the volume average particle size of the graphite particles or graphitized particles is preferably 1 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less, more preferably 2 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less. By setting it within this range, the positional relationship with the resin particles contained in the surface layer can be easily controlled.
- the ratio of major axis / minor axis of graphite particles or graphite particles is preferably 1 or more and 5 or less, more preferably 1.2 or more and 2.5 or less. By setting it within this range, it becomes possible to form the exposed portion more stably without dropping the graphite particles and graphitized particles from the elastic layer in the polishing step described above.
- the conductive elastic layer may further contain “another polymer”.
- other polymers include the following general rubbers. EPM (ethylene-propylene rubber), EPDM (ethylene-propylene-diene copolymer), NBR (acrylonitrile-butadiene copolymer rubber), chloroprene rubber, natural rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, styrene-butadiene rubber, urethane rubber, Silicone rubber, SBS (styrene / butadiene / styrene block copolymer), SEBS (styrene / ethylene butylene / styrene block copolymer), etc.
- EPM ethylene-propylene rubber
- EPDM ethylene-propylene-diene copolymer
- NBR acrylonitrile-butadiene copolymer rubber
- chloroprene rubber natural rubber
- isoprene rubber butadiene rubber
- an ionic conductive agent or an electronic conductive agent can be appropriately contained in order to adjust the volume resistivity.
- an ionic conductive agent is preferably used for adjusting the volume resistivity. 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 Le Oro organic lithium salt of lithium methanesulfonate or the like.
- the elastic layer may contain additives such as softening oil and plasticizer in order to adjust the hardness and the like.
- a method for forming a conductive elastic layer is exemplified below.
- a coating layer (hereinafter referred to as “preliminary coating layer”) in which at least one particle selected from graphite particles and graphitized particles is dispersed on a conductive substrate on a polymer having units derived from ethylene oxide. In some cases). Thereafter, by polishing the surface, graphite particles and the like contained in the surface layer are exposed on the surface of the elastic layer.
- the preliminary coating layer can be formed by an electrostatic spray coating method, a dipping coating method, a roll coating method, a method of adhering or coating a sheet-shaped or tube-shaped layer formed in a predetermined film thickness, and conducting in a mold. And a method of curing by placing a conductive resin composition on the outer periphery of the conductive substrate.
- the polymer since the polymer is generally in a rubber state, it is preferably produced by integrally extruding the conductive substrate and the unvulcanized rubber composition using an extruder equipped with a cross head.
- a crosshead is an extrusion die that is used at the tip of a cylinder of an extruder, which is used to form a coating layer for electric wires and wires.
- the surface of the preliminary coating layer is polished to expose graphite particles and the like on the surface of the elastic layer.
- a polishing method a cylindrical polishing method or a tape polishing method can be used.
- the cylindrical polishing machine include a traverse type NC cylindrical polishing machine and a plunge cut type NC cylindrical polishing machine.
- cylindrical polishing methods it is more preferable to use the plunge cut method from the viewpoint that the entire longitudinal direction can be simultaneously polished and the polishing time can be shortened.
- the rotational speed of the cylindrical grinding wheel is preferably 500 rpm or more and 4000 rpm or less, and more preferably 1000 rpm or more.
- the penetration rate into the preliminary coating layer is preferably 5 mm / sec or more and 30 mm / sec or less, and more preferably 10 mm / sec or more. At this time, the speed may be decreased sequentially as it enters.
- a break-in process may be included at the end of the intrusion process.
- the spark-out process (polishing process at an intrusion rate of 0 mm / min) is preferably set to 10 seconds or less.
- the number of rotations is preferably set to 50 rpm or more and 500 rpm or less, and further set to 200 rpm or more. More preferred.
- the graphite particles and / or graphitized particles exposed to the interface may be single particles or aggregates, but the particle diameter of the particles is preferably 2 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less in terms of volume average particle diameter. .
- the thickness is more preferably 3 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
- a method of controlling the primary particle size of graphite particles and / or graphitized particles to be contained within the above range is used.
- the particles may be controlled by pulverization or dispersion.
- the particle size within the above range is a very narrow range, anyway, it is necessary to go through a step of dispersing in a polymer.
- the dispersing means known means can be used.
- the polymer is generally in a rubber state, it is preferably dispersed using a rubber kneader. Examples of the kneading apparatus include a closed mixer and a two-roller.
- a means for controlling the dispersion to the polymer in the rubber state is a two-roll kneader, the gap between the two rolls is 2.0 mm or less, the kneading temperature is 30 ° C. or less,
- the particle size of the graphite particles and / or graphitized particles can be made close to the primary particle size.
- the content of the graphite particles and / or graphitized particles in the elastic 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 50 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the polymer. preferable. Although mentioned later, it is because control of the positional relationship with the resin particle contained in a surface layer becomes easier by setting it as this range.
- Binder resin used for the conductive surface layer of the present invention include known rubbers or resins.
- rubber include natural rubber, a vulcanized product thereof, and synthetic rubber.
- Synthetic rubber includes 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.
- 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 material and curing or crosslinking.
- a crosslinking agent or the like the above-mentioned mixture containing a crosslinking agent and the like will be hereinafter referred to as a binder resin.
- Examples of the resin particles contained in the conductive surface layer of the present invention include particles composed of the following polymer compounds.
- resin particles can be easily dispersed in the binder resin.
- a convex portion is formed on the surface of the charging member (the surface of the conductive surface layer)
- a gap for generating an in-nip discharge is provided between the charging member and the electrophotographic photosensitive member in all environments.
- resin particles made of the following resins are preferable. Acrylic resin, styrene resin, polyamide resin, silicone resin, vinyl chloride resin, vinylidene chloride resin, acrylonitrile resin, fluorine resin, urethane resin, epoxy resin.
- Resin particles may be used alone or in combination of two or more, and may be subjected to surface treatment, modification, introduction of functional groups or molecular chains, coating, and the like.
- 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, discharge in the nip can be generated more stably.
- the volume average particle diameter of the resin particles is particularly preferably 15 ⁇ m or more and 60 ⁇ m or less. By setting it within this range, discharge in the nip can be generated more stably.
- the resin particles contained in the conductive surface layer of the present invention have a plurality of pores having a region containing air inside. As will be described in detail later, this makes it easier to control the positional relationship between the exposed portions of the graphite particles and / or graphitized particles in the elastic layer and the resin particles in the surface layer, It becomes easy to form a gap in the nip between the charging member and the electrophotographic photosensitive member, and stable discharge within the nip can be performed.
- multi-hollow particles and “porous particles” shown below as resin particles having a plurality of pores having a region containing air inside.
- the term “multi-hollow particle” is defined as a particle having a plurality of pores each having an air-containing region, and the pores are particles that do not penetrate the surface of the resin particles. Is done.
- the “porous particle” is a particle having a plurality of pores having a region containing air inside, and the pores are not penetrating the surface of the resin particles, and It is defined as a particle having a large number of pores penetrating the surface of the resin particle in a portion other than the void.
- porous particles and multi-hollow 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. Furthermore, monomers used as raw materials for these resins may be copolymerized and used as a copolymer. You may contain other well-known resin as needed for these resins as a main component.
- the porous particles of the present invention can be produced by a known production method such as a suspension polymerization method, an interfacial polymerization method, an interfacial precipitation method, an in-liquid drying method, a solute or solvent that lowers the solubility of the resin in the resin solution, and the like.
- a suspension polymerization 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.
- polymerizable monomer examples include the following. 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 may be 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 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.
- These porous agents can be used alone or in combination of two or more.
- the addition amount of the porosifying agent can be appropriately selected according to the purpose of use.
- the oil phase composed of the polymerizable monomer, the crosslinkable monomer and the porosizing agent from 20 parts by mass. It is preferable to use in the range of 90 parts by mass. 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.
- the polymerization initiator is not particularly limited, but is preferably soluble in the polymerizable monomer.
- 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.
- surfactants include the following.
- 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 flow dryer, a normal air dryer, a nauter mixer, or the like 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 resin particles depends on the mixing conditions of the oil-based liquid mixture composed of a polymerizable monomer or a porosifying agent and an aqueous medium containing a surfactant or a dispersion stabilizer, the amount of dispersion stabilizer added, stirring dispersion It can be adjusted according to 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, discharge in the nip can be generated more stably.
- the pore diameter of the porous particles and the internal pore diameter, and the ratio of the region containing air can be adjusted by the addition amount of the crosslinkable monomer, the kind and the addition amount of the porous agent.
- the pore diameter can be reduced by increasing the addition amount of the crosslinkable monomer.
- it can achieve by using a cellulose resin as a porosifying agent.
- the pore diameter of the porous particles is preferably 10 to 500 nm and within 20% or less of the average particle diameter of the resin particles. Further, it 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 being within this range, it becomes easier to control the positional relationship between the exposed portions of the graphite particles and / or graphitized particles in the elastic layer and the resin particles in the surface layer, and at the same time, the charging member It becomes easy to form a gap in the nip with the electrophotographic photosensitive member, and stable in-nip discharge can be performed.
- Multi hollow particles examples of the material of the multi-hollow particles include the same resins as the porous particles. These resins can be used alone or in combination of two or more. Furthermore, monomers used as raw materials for these resins may be copolymerized and used as a copolymer. You may contain other well-known resin as needed for these resins as a main component.
- the multi-hollow particles of the present invention can be produced by a known production method such as a suspension polymerization method, an interfacial polymerization method, an interfacial precipitation method or a submerged drying method.
- (A) Preparation of multi-hollow particles by suspension polymerization method When preparing multi-hollow particles by suspension polymerization method, first, hydrophobic polymerizable monomer and hydrophilic polymerization in the presence of a crosslinking agent. An oily mixed liquid composed of a polymerizable monomer and a polymerization initiator is prepared. This oily mixed liquid is subjected to aqueous suspension polymerization in an aqueous medium liquid containing a dispersion stabilizer, and after completion of the polymerization, washing and drying steps are obtained to obtain multi-hollow particles.
- the water enters the droplets of the oil-based liquid mixture and takes the form of holding the water.
- the multi-hollow particle in which the hollow shape was formed is obtained.
- the multi-hollow particles can be obtained by previously adding water to an oily mixed liquid and dispersing the emulsified mixed liquid in an aqueous medium liquid and further performing suspension polymerization.
- the hydrophobic monomer is from 70% by mass to 99.5% by mass, and the hydrophilic monomer is from 0.5% by mass. It is preferable to adjust to 30 mass%. This makes it easier to obtain multi-hollow particles.
- hydrophobic monomers examples include (meth) acrylic acid ester monomers, polyfunctional (meth) acrylic acid ester monomers, styrene monomers such as styrene, p-methylstyrene, ⁇ -methylstyrene, and vinyl acetate. It is done. Among these, from the viewpoint of thermal decomposability, (meth) acrylic acid ester monomers are preferred, and methacrylic acid ester monomers are more preferred. Examples of the (meth) acrylic acid ester monomer include the following.
- hydrophilic monomer examples include a hydroxyl group-terminated polyalkylene glycol mono (meth) acrylate, and examples thereof include the following. Polyethylene glycol mono (meth) acrylate, polypropylene glycol mono (meth) acrylate, poly (ethylene glycol-propylene glycol) mono (meth) acrylate, polyethylene glycol-polypropylene glycol mono (meth) acrylate, poly (meth) acrylate, poly (propylene Glycol-tetramethylene glycol) mono (meth) acrylate, propylene glycol polybutylene glycol mono (meth) acrylate, and the like. You may use these in combination of multiple types.
- the same monomer as the porous particles can be used. It is preferable to adjust from 0.5% by mass to 60% by mass with respect to the total of the hydrophobic monomer and the hydrophilic monomer.
- the same compounds as the porous particles can be used.
- the polymerization initiators, dispersion stabilizers and surfactants may be used alone or in combination of two or more.
- the use ratio of the polymerization initiator is preferably 0.01 to 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the monomer.
- the proportion of the dispersion stabilizer used is preferably 0.5 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the monomer.
- the surfactant is preferably 0.001 to 0.3 parts by mass with respect to 100 parts by mass of water.
- the polymerization reaction is performed by mixing the oil-based mixture and the aqueous medium and then raising the temperature while stirring.
- the polymerization temperature is preferably 40 to 90 ° C.
- the polymerization time is preferably about 1 to 10 hours.
- the average particle diameter of the multi-hollow particles can be appropriately determined by controlling the mixing condition and stirring condition of the monomer and water.
- polyfunctional polymerizable monomer examples include aromatic divinyl compounds, polyhydric alcohol acrylic esters, polyhydric alcohol methacrylates, and the like. These can be used alone or in combination of two or more.
- aromatic divinyl compound examples include divinylbenzene and divinylnaphthalene.
- (meth) acrylic acid ester of polyhydric alcohol examples include the following. Ethylene glycol di (meth) acrylate, 1,3-butylene glycol di (meth) acrylate, polyethylene glycol di (meth) acrylate, trimethylolpropane trimethacrylate and the like.
- (meth) acrylate means an acrylate or a methacrylate. Of these, divinylbenzene and ethylene glycol dimethacrylate are preferably used to form favorable pores.
- the polyfunctional polymerizable monomer is preferably 5 to 100 parts by mass, more preferably 5 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of styrene. By setting it within this range, it becomes easy to achieve preferable physical properties of the multi-hollow particles described later.
- a polyfunctional polymerizable monomer and “other monomer” that can be copolymerized with styrene may be added as long as the properties of the hollow particles are not impaired.
- examples of other monomers include the polymerizable monomers exemplified for the porous particles.
- cellulose resin used in this method examples include the following. Cellulose acetate, carboxymethylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose, methylcellulose, ethylcellulose, ethylhydroxyethylcellulose, carboxymethylethylcellulose and the like. Of these, ethyl cellulose is preferred for forming good pores in the multi-hollow particles.
- Ethyl cellulose is generally ethyl cellulose ether obtained by reacting ethyl chloride with alkali cellulose.
- Commercially available ethyl cellulose usually has an ethoxyl group content of 44 to 50% by mass.
- the viscosity is a value measured at 25 ° C. ⁇ 0.5 ° C. with an Ubbelohde viscometer (capillary viscometer) according to JIS Z8803.
- the cellulose resin is used in a proportion of 0.5 to 5 parts by mass, preferably 1 to 3 parts by mass, with respect to 100 parts by mass of the monomer mixture obtained by adding styrene and a polyfunctional polymerizable monomer. It is. By making it within this range, it becomes possible to easily control the particle diameter of the multi-hollow particles.
- the compounds exemplified in the production of porous particles can be used, and among them, 2,2′-azobisisobutyronitrile, 2,2′-azobis (2,4 -Dimethylvaleronitrile) is preferred.
- the proportion of the polymerization initiator used is preferably from 0.01 to 10 parts by weight, particularly preferably from 0.1 to 5.0 parts by weight, based on 100 parts by weight of the monomer mixture.
- the dispersion stabilizer and the surfactant the compounds exemplified in the production of the porous particles can be used.
- the dispersion stabilizer or surfactant is used by appropriately adjusting the selection, combination, addition amount, etc. in consideration of the particle diameter of the obtained multi-hollow particles and the dispersion stability of the solution during polymerization.
- the amount of the dispersion stabilizer used is preferably 0.5 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the monomer mixture, and the amount of the surfactant used is 0.000 with respect to 100 parts by mass of the aqueous medium. 001 to 0.1 parts by mass is preferable.
- a water-soluble polymerization inhibitor in order to suppress polymerization of the monomer in the aqueous medium, about 0.01 to 1 part by mass of a water-soluble polymerization inhibitor may be added to 100 parts by mass of the aqueous medium.
- the water-soluble polymerization inhibitor is not particularly limited, and a known inhibitor can be used, and examples thereof include nitrites and hydroquinone.
- the polymerization reaction is performed by heating an aqueous medium in which droplets made of a monomer mixture are dispersed.
- the polymerization temperature is usually 30 ° C to 100 ° C, preferably 40 ° C to 80 ° C. Further, the time for maintaining this polymerization temperature is preferably about 0.1 to 10 hours.
- the dispersion stabilizer may be dissolved with hydrochloric acid or the like, and the multi-hollow particles may be separated from the dispersion medium by operations such as suction filtration, centrifugation, and centrifugal filtration, and further washed with ion exchange water or the like Good. Furthermore, multi-hollow particles can be obtained by performing drying, crushing, classification, and the like thereafter.
- the pore diameter contained in the multi-hollow particles is preferably 0.05 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less. More preferably, it is 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less. By setting it within this range, discharge in the nip can be generated more stably.
- the ratio of the area containing air inside the multi-hollow particles is preferably 10% or more and 50% or less when the total volume including the area containing the air of the multi-hollow particles is 100%. By setting it within this range, discharge in the nip can be generated more stably.
- the conductive surface layer of the present invention contains a known conductive agent in order to develop conductivity.
- the conductive agent include the above-described ionic conductive agent and an electronic conductive agent described later (hereinafter sometimes referred to as “conductive fine particles”).
- Examples of conductive fine particles include the following.
- Metal fine particles and fibers such as aluminum, palladium, iron, copper and silver.
- Metal oxides such as titanium oxide, tin oxide, and zinc oxide.
- Examples of carbon black include black furnace black, thermal black, acetylene black, and ketjen black.
- furnace black the following are mentioned, for example.
- Examples of the thermal black include FT and MT.
- Examples of the carbon-based fine particles include PAN (polyacrylonitrile) -based carbon particles and pitch-based carbon particles.
- these ionic conductive agents and conductive fine particles can be used alone or in combination of two or more.
- the content of the conductive agent in the surface layer is appropriately 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 fine particles may be surface-treated.
- organosilicon compounds such as alkoxysilanes, fluoroalkylsilanes, polysiloxanes, etc., various silane, titanate, aluminate and zirconate coupling agents, oligomers or polymer compounds can be used. . These may be used alone or in combination of two or more. Preferred are organosilicon compounds such as alkoxysilanes and polysiloxanes, and various coupling agents of silane, titanate, aluminate or zirconate, and more preferred are organosilicon compounds.
- Method for forming the surface layer examples include the following methods. First, a conductive elastic layer having an exposed portion of one or both of the graphite particles and the graphitized particles on the surface is formed on the conductive substrate by the above-described method or the like. Next, the surface of this elastic layer is covered with a layer of a conductive resin composition, followed by drying, curing, crosslinking, or the like. Coating methods include electrostatic spray coating method, dipping coating method, roll coating method, method of adhering or coating a sheet-shaped or tube-shaped layer formed in a predetermined film thickness, outer peripheral portion of elastic layer in mold The method of arrange
- the surface layer can be formed by electrostatic spray coating, dipping coating, roll coating, etc. It is preferred to use the method of forming.
- a coating liquid of a conductive resin composition in which an ion conductive agent, conductive fine particles, and resin particles are dispersed in a binder resin is prepared.
- a solvent for the coating solution it is preferable to use a polar solvent that can dissolve the binder resin and that has a high affinity with a polymer having an ethylene oxide-derived unit contained in the elastic layer.
- the solvent 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 sulfoxide
- solution dispersing means such as a ball mill, a sand mill, a paint shaker, a dyno mill, and a pearl mill can be used.
- the wet film containing the solvent (201 in FIG. 4) is elastic. It is formed on the surface of the layer 2. Since the polar solvent in the coating solution has high affinity with the polymer having units derived from ethylene oxide, it is considered that the polar solvent penetrates into the elastic layer immediately after coating. On the other hand, since the graphite particles and / or graphitized particles have low affinity with the polar solvent, the polar solvent is difficult to penetrate from the exposed surface of the graphite particles and / or graphitized particles in the elastic layer.
- the coating liquid penetrates into the elastic layer while forming a flow as indicated by a dotted line (202) in FIG.
- a flow of the coating liquid the resin particles dispersed in the coating liquid are surely disposed above the portions other than the graphite particles and the graphitized particles exposed on the surface of the elastic layer.
- the resin particles used in the present invention are preferably those having a region containing air inside the porous particles or multi-hollow particles described above. This is because the resin particles having a region containing air have a relatively small specific gravity as compared with the solid resin particles, so that the resin particles can easily follow the flow of the solvent, and position control in the surface layer becomes easier.
- the porous particles are preferable because they have a large number of pores penetrating the surface of the resin particles, and thus have high affinity with the coating liquid and are more easily followed by the flow of the coating liquid.
- the porous particles and multi-hollow particles that can be suitably used as the resin particles according to the present invention are fine in the original function as the resin particles according to the present invention, that is, in the nip between the charging member and the electrophotographic photosensitive member. It is premised on having the rigidity necessary to fulfill the function for forming the gap. Therefore, as the porous particles and the multi-hollow particles, the total volume of the pores is 10% or more and 50% or less when the total volume including the region including the air of the resin particles is 100%. Is preferred.
- the surface spacing of the graphite (002) plane of the above-described graphite particles or graphitized particles is 0.3354 nm or more and 0.3365 nm or less, the penetration of the polar solvent into the graphite particles and the graphitized particles can be more reliably performed. It is also preferable from the viewpoint of suppression.
- the position of the resin particles in the surface layer relative to the exposed portions of the graphite particles and graphitized particles in the elastic layer can be controlled more accurately.
- volume average particle of “graphite particles and / or graphitized particles” contained in the elastic layer and “resin particles” contained in the surface layer.
- the ratio of diameter (“resin particles” / “graphite particles and / or graphitized particles”) ”and“ content ratio (“resin particles” / “graphite particles and / or graphitized particles”) ” are as follows: It is preferable to adjust to.
- the ratio of the volume average particle diameter is preferably 0.08 or more and 35 or less, particularly 0.1 or more and 25 or less, and further preferably 0.4 or more and 12 or less.
- the ratio of the content (parts by mass) is preferably 0.1 or more and 20 or less, particularly 0.4 or more and 15 or less, and more preferably 0.7 or more and 10 or less.
- a dispersion component other than resin particles such as conductive fine particles
- a binder resin together with glass beads having a diameter of 0.8 mm and dispersed using a paint shaker disperser for 5 to 36 hours.
- resin particles are added and dispersed.
- the dispersion time is preferably 2 minutes or longer and within 30 minutes.
- the viscosity is adjusted to 3 to 30 mPa ⁇ s, more preferably 3 to 20 mPa ⁇ s to obtain a coating solution.
- the film thickness of the surface layer can be measured by cutting a cross section of the charging member with a sharp blade and observing it 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 solid content concentration of the coating solution is 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 0.9000 or more and 1.000 or less. By setting the amount within this range, the flow of the solvent is easily generated, and at the same time, the resin particles are easily moved by the flow, so that the position control of the resin particles can be easily performed. Further, it is more preferable to control the difference between the specific gravity of the resin particles and the specific gravity of the coating liquid to be smaller because the movement of the resin particles by the flow of the solvent is facilitated and the position control is facilitated.
- the coating solution after the application of the coating solution, it is preferably dried once in an environment of a temperature of about 20 to 50 ° C.
- the treatment such as curing or crosslinking is performed, it is preferably performed after the drying.
- a high temperature for example, higher than the boiling point of the solvent
- pre-drying is preferably performed in an environment of about 20 to 30 ° C. before the curing treatment so as not to impair the solvent flow. Thereby, it becomes possible to perform the said position control reliably.
- the conductive surface layer of the present invention may contain insulating particles in addition to the conductive fine particles.
- 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 salt particles. Further, iron oxides such as ferrite, magnetite and hematite and activated carbon can also be used.
- the surface layer may further contain a release agent in order to improve the releasability.
- a release agent in the surface layer, it is possible to prevent dirt from adhering to the surface of the charging member and improve the durability of the charging member.
- the release agent is a liquid, it acts as a leveling agent when forming the resin layer.
- the surface layer may be subjected to a surface treatment.
- 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 according to the present invention is preferably 1 ⁇ 10 2 ⁇ ⁇ cm or more and 1 ⁇ 10 16 ⁇ ⁇ cm or less in a normal temperature and normal humidity environment. By setting it within this range, it becomes easier to appropriately charge the electrophotographic photosensitive member by discharging.
- the volume resistivity of the surface layer is determined as follows. First, a surface layer is cut out from the charging member into sections having a length of 5 mm, a width of 5 mm, and a thickness of about 1 mm. Next, a sample for measurement is obtained by vapor-depositing metal on both sides of the section. If the surface layer cannot be cut out as a thin film, apply a conductive resin composition for forming the surface layer on the aluminum sheet to form a coating film, deposit a metal on the coating surface, and prepare a measurement sample. obtain. 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 the volume resistivity is obtained by calculating from the film thickness and the electrode area. The volume resistivity of the surface layer can be adjusted by the conductive fine particles and the ionic conductive agent described above.
- the conductive fine particles preferably have an average particle diameter of 0.01 to 0.9 ⁇ m, particularly 0.01 to 0.5 ⁇ m. This makes it easier to control the volume resistivity of the surface layer.
- the charging member according to the present invention only needs to have the conductive base, a conductive resin layer, and a conductive surface layer, and the shape thereof may be any of a roller shape, a flat plate shape, and the like.
- a charging roller as an example of a charging member will be described in detail.
- 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 and 1 ⁇ 10 10 ⁇ or less in a normal temperature and humidity environment in order to improve the charging of the electrophotographic photosensitive member. More preferred.
- FIG. 6 shows a method for 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 each
- the diameter of the metal cylinder is 30 mm
- the rotation of the metal cylinder is a peripheral speed of 45 mm / sec.
- the charging roller of the present invention 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. Is preferred.
- the crown amount (average value of the difference between the outer diameter d1 at the central portion and the outer diameter d2 at positions 90 mm away from the central portion) is preferably 30 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
- 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). By setting it within this range, it is easy to stabilize the contact between the charging member and the electrophotographic photosensitive member, and more stable in-nip discharge can be performed.
- MD-1 type micro hardness
- 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. Further, the surface irregularity average interval (RSm) is preferably 20 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less, and more preferably 50 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less. 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.
- 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, Kosaka Laboratory Ltd.) Made).
- the ten-point average surface roughness is an average value obtained by measuring six arbitrary points on the charging member.
- the average unevenness interval is calculated as an average value of the average values of the 6 locations by measuring 10 unevenness intervals at each of the 6 arbitrary locations to obtain an average value thereof.
- the cutoff 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 in which the charging member according to the present invention is integrated with a member to be charged (electrophotographic photosensitive member) and is detachable from the main body of the electrophotographic apparatus.
- FIG. 8 shows a process cartridge designed to be detachable from an electrophotographic apparatus, in which an electrophotographic photosensitive member, a charging device, a developing device, a cleaning device, and the like are integrated.
- the charging device the charging member according to the present invention can be used.
- the electrophotographic apparatus according to the present invention is an electrophotographic apparatus including the charging member according to the present invention and an electrophotographic photosensitive member arranged so as to be capable of being charged by the charging member.
- FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of an example of an electrophotographic apparatus provided with the charging member according to the present invention.
- the electrophotographic apparatus includes an electrophotographic photosensitive member, a charging device that charges the electrophotographic photosensitive member, a latent image forming device that performs exposure, a developing device that develops a toner image, a transfer device that transfers to a transfer material, and an electrophotographic photosensitive member.
- a cleaning device for collecting the transfer toner, a fixing device for fixing the toner image, and the like are included.
- the electrophotographic photoreceptor 4 is a rotating 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.
- the latent image forming device 11 that forms an electrostatic latent image on the electrophotographic photosensitive member 4 is an exposure device such as a laser beam scanner.
- 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 after transferring, mechanically scrapes and collects the transfer residual toner remaining on the electrophotographic photosensitive member.
- the cleaning device it is possible to omit the cleaning device by adopting a development simultaneous cleaning system in which the transfer device collects the transfer residual toner.
- 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.
- Laser He-Ne laser (peak wavelength: 632 nm)
- Filter D 0.3
- hole 1000 ⁇ m
- slit 100 ⁇ m
- Center spectrum 1500 cm ⁇ 1
- measurement time 1 second ⁇ 16 times
- Grating 1800
- objective lens x50.
- any 10 locations on the charging member are selected as measurement points.
- an arbitrary point in the longitudinal direction spans 500 ⁇ m, a region of 500 ⁇ m in the circumferential direction from the surface layer to the elastic layer, and a depth method of 500 ⁇ m is cut out by the focused ion beam by 20 nm each, and its cross section Take a picture.
- grains is combined by 20 nm space
- volume average particle diameter of resin particles For the “stereoscopic particle shape” particles obtained by the method described in [1-3] above, calculate the total volume including the area containing air, and obtain the diameter of a sphere having a volume equal to this volume. . A total of 100 average particle diameters obtained are calculated and set as the “volume average particle diameter dv” of the particles.
- volume average particle diameter Dv of graphite particles and graphitized particles For particles excluding graphite particles and graphitized particles exposed from the elastic layer (that is, particles existing in the elastic layer), the “three-dimensional particle shape” is calculated by the method described in [1-3] above. To do. Let the average value of 100 obtained be the volume average particle diameter Dv.
- Example of resin particle production> [Production Example B1] Production of Resin Particles B1 8 parts by mass of tricalcium phosphate was added to 400 parts by mass of deionized water to prepare an aqueous medium. Next, an oily mixture was prepared by mixing 20 parts by weight of methyl methacrylate, 10 parts by weight of 1,6-hexanediol methacrylate, 75 parts by weight of n-hexane, and 0.3 parts by weight of benzoyl peroxide. The oily mixture was dispersed in an aqueous medium with a homomixer at a rotational speed of 3000 rpm.
- the mixture was charged into a nitrogen-substituted polymerization reaction vessel, and suspension polymerization was performed at 60 ° C. for 6 hours while stirring at 250 rpm to obtain an aqueous suspension containing porous resin particles and n-hexane.
- suspension polymerization was performed at 60 ° C. for 6 hours while stirring at 250 rpm to obtain an aqueous suspension containing porous resin particles and n-hexane.
- 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 n-hexane, 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 B1 having an average particle size of 30.5 ⁇ m.
- the resin particle B1 was a porous particle having a large number of pores of about 30 nm to 50 nm inside.
- 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 B5 having an average particle size of 35.2 ⁇ m. When the cross section of the particle was observed by the method described above, the resin particle B5 was a multi-hollow particle having a plurality of hollow portions inside the particle. The volume average particle diameter of the hollow portion was 3.5 ⁇ m.
- the obtained composite conductive fine particles had an average particle size of 15 nm and a volume resistivity of 1.1 ⁇ 10 2 ⁇ ⁇ cm.
- Toluene was removed from the slurry obtained by 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
- a roller having a preliminary 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 grinding wheel contacts the unpolished roller until it is polished to ⁇ 9 mm, and the spark-out time (time at 0 mm cutting) is 5 seconds.
- a conductive 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. When the surface of this elastic roller was cut out and observed with an electron microscope, the exposed portion of the graphite particles A1 could be observed.
- 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 12% by mass.
- laccel DC2016 trade name, manufactured by Daicel Corporation
- Four other materials shown in the column of the component (1) in Table 4 below were added to 834 parts by mass of this solution (100 parts by mass of the acrylic polyol solid content) to prepare a mixed solution.
- the elastic roller was immersed in the coating solution with its longitudinal direction set to the vertical direction, and was 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 by a hot air circulating dryer at a temperature of 80 ° C. for 1 hour and further at a temperature of 160 ° C. for 1 hour to cure the coating film, As a result, a charging roller 1 having a surface layer formed thereon was obtained.
- the film thickness of the surface layer was 5.6 ⁇ m.
- the film thickness of the surface layer was measured in the location where the resin particle does not exist.
- the process cartridge for the printer was used as 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. 9, 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.
- the charging roller is set in the process cartridge, and the process cartridge is placed in environment 1 (temperature 15 ° C., relative humidity 10%), environment 2 (temperature 23 ° C., relative humidity 50%) and environment 3 (temperature 32). (5 ° C. and 80% relative humidity) for 24 hours, and then an electrophotographic image was formed in each environment.
- a halftone image is an image in which a horizontal line having a width of 1 dot and an interval of 3 dots is drawn in a direction perpendicular to the rotation direction of the electrophotographic photosensitive member.
- the decrease in the discharge intensity of the charging roller in the nip in the electrophotographic image forming process may generate the above moire image, and this image evaluation has the effect of suppressing the decrease in the discharge intensity in the nip, and the electrophotographic image. It is for seeing the correlation with the quality of.
- 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. The evaluation results are shown in Table 11.
- the observation environment for the discharge in the nip was environment 2. This is because environment 2 is the environment in which the adhesion of the toner or the like to the surface of the charging roller is hardly promoted and the relationship between the increase in the electric resistance value of the charging roller and the discharge strength in the nip is the easiest to confirm.
- 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 endurance.
- Table 9 shows the types and parts by mass of graphite particles or graphitized particles at the time of producing the conductive rubber composition, and the types and parts by mass of resin particles at the time of producing the coating liquid for the surface layer. Except for the above, charging rollers 2 to 12 were obtained in the same manner as in Example 1.
- Example 13> Fabrication of elastic roller An elastic roller was obtained in the same manner as in Example 1 except that the type and mass part of the graphitized particles at the time of producing the conductive rubber composition were changed as shown in Table 9.
- 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.
- laccel DC2016 trade name, manufactured by Daicel Corporation
- Four other materials shown in the column of component (1) in Table 5 below were added to 714 parts by mass of this solution (100 parts by mass of acrylic polyol solid content) to prepare a mixed solution.
- Example 14 Except for changing the types and parts by mass of the graphitized particles at the time of preparing the conductive rubber composition, and the types and parts by mass of the resin particles at the time of preparing the coating liquid for the surface layer, as shown in Table 9. In the same manner as in Example 13, a charging roller 14 was obtained.
- Example 15 In the production of the conductive rubber composition, two types of 7 parts by mass of graphite particles A1 and 8 parts by mass of graphitized particles A10 were used, and the types of resin particles at the time of preparation of the coating liquid for the surface layer A charging roller 15 was obtained in the same manner as in Example 14 except that the mass part was changed as shown in Table 9.
- Table 9 shows the types and parts by mass of graphite particles or graphitized particles at the time of producing the conductive rubber composition, and the types and parts by mass of resin particles at the time of producing the coating liquid for the surface layer. Except for this, charging rollers 16 to 24 and 26 were obtained in the same manner as in Example 15.
- Example 25 In the production of the conductive rubber composition, two types of graphite particles A7 and 4 parts by mass of graphitized particles A20 were used, and in the production of the coating liquid for the surface layer, 5 resin particles B8 were used.
- a charging roller 25 was obtained in the same manner as in Example 14 except that two types of 5 parts by mass and 5 parts by mass of resin particles B11 were used.
- Example 27 Fabrication of elastic roller A roller having a preliminary coating layer was produced in the same manner as in Example 26 except that the type and mass part of graphitized particles at the time of production of the conductive rubber composition were changed as shown in Table 9. Next, the outer peripheral surface of the roller having the preliminary coating layer 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). Polishing was carried out by setting the cutting speed to 20 mm / min and setting the spark-out time (time at the cutting depth of 0 mm) to 0 seconds to produce an elastic roller. The crown amount was adjusted in the same manner as in Example 26.
- a vitrified wheel was used as the polishing wheel
- the abrasive grains were green silicon carb
- Methyl ethyl ketone was added to polyvinyl butyral “ESREC B” (trade name, manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.) to adjust the solid content to 10% by mass.
- Three other kinds of materials shown in the column of component (1) in Table 6 below were added to 1000 parts by mass of this solution (100 parts by mass of polyvinyl butyral solid content) to prepare a mixed solution.
- 170 g of the above mixed solution was put in a glass bottle with an internal volume of 450 mL together with 200 g of glass beads having an average particle diameter of 0.8 mm as a medium, and dispersed for 30 hours using a paint shaker disperser.
- Examples 28 to 30 Except that the types and parts by mass of graphitized particles at the time of producing the conductive rubber composition and the types and parts by mass of resin particles at the time of producing the coating liquid for the surface layer were changed as shown in Table 9, respectively. In the same manner as in Example 27, charging rollers 28 to 30 were obtained.
- a charging roller 31 was obtained in the same manner as in Example 30 except that the type and mass part of the resin particles at the time of preparing the coating liquid for the surface layer were changed as shown in Table 9. .
- Examples 32 to 34 Except that the types and parts by mass of graphitized particles at the time of preparing the conductive rubber composition and the types and parts by mass of the resin particles at the time of preparing the coating liquid for the surface layer were changed as shown in Table 9, respectively. In the same manner as in Example 30, charging rollers 32 to 34 were obtained.
- Example 2 In the same manner as in Example 1, the exposed portion of the graphite particles and / or graphitized particles on the surface of the elastic layer was confirmed, and the resin particles in the surface layer and the graphite particles and / or graphitized particles on the surface of the elastic layer The positional relationship was confirmed. In all Examples, an exposed portion of one or both of graphite particles and graphitized particles could be confirmed on the surface of the elastic layer. Further, the surface including the exposed portion was covered with a surface layer. Furthermore, it was confirmed that portions other than the projected portion of the resin particles in the surface layer overlapped with the exposed portions of one or both of the graphite particles and the graphitized particles.
- the volume average particle diameter of the graphite particles, the major axis / minor axis ratio of the graphite particles, the interplanar spacing of the graphite (002) plane, the half width of the Raman spectrum, the volume average particle diameter of the resin particles, and the ratio of the region of the resin particles containing air (Porosity), specific gravity of the coating liquid for the surface layer, and film thickness of the surface layer were measured.
- image evaluation, confirmation of the discharge intensity in the nip, and measurement of the electric resistance value of the charging roller were performed. These evaluation results are shown in Table 10 or Table 11.
- the charging roller C2 was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the graphite particles A4 at the time of preparation of the conductive rubber composition were 30 parts by mass and the resin particles were not used at the time of preparation of the coating solution for the surface layer. Obtained.
- the charging roller C3 is the same as Comparative Example 1 except that the graphitized particles A15 at the time of preparation of the conductive rubber composition are 40 parts by mass and the resin particles are not used at the time of preparation of the coating liquid for the surface layer. Got. In this comparative example, an exposed portion of graphitized particles was confirmed on the surface of the elastic layer. Further, the surface including the exposed portion was covered with a surface layer. However, the convex part derived from the resin particle did not exist in the surface layer. Table 10 or 11 shows the results of the evaluations performed in the same manner as in Example 1.
- TBzTD tetrabenzylthiuram disulfide
- Example 6 A conductive rubber composition similar to that in Example 32 was put into a mold having a cylindrical cavity on which a conductive substrate was set, and heated in a hot air oven at 160 ° C. for 30 minutes. At this time, a mold having an outer diameter of 9 mm was used. Then, after demolding from the mold, secondary vulcanization was performed by heating at 160 ° C. for 10 minutes to produce an elastic roller. At this time, the exposed portion of the graphite particles could not be confirmed. Thereafter, in the same manner as in Example 31, a charging roller C6 was obtained. Table 10 or 11 shows the results of the evaluations performed in the same manner as in Example 1.
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Abstract
電子写真感光体への帯電性能に優れ、かつ、その帯電性能の経時的な変化が生じにくい帯電部材の提供。 導電性基体、導電性の弾性層及び導電性の表面層を有し、該弾性層は、エチレンオキサイド由来のユニットを有する重合体と、黒鉛粒子及び黒鉛化粒子から選択される少なくとも一方の粒子を含み、該弾性層の表面には該粒子の露出部が存在し、該粒子の露出部を含む該弾性層の表面は、該表面層で被覆されており、該表面層は、バインダー樹脂と該バインダー樹脂中に分散されている樹脂粒子とを含み、かつ、その表面に、該樹脂粒子に由来する複数の凸部を有し、該表面層中の該樹脂粒子を該弾性層の表面に正投影したときの、該弾性層の表面における該樹脂粒子の投影部以外の部分が、該粒子の露出部と重なっている帯電部材。
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。
電子写真装置において、電子写真感光体の表面の帯電方式として、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を印加して電子写真感光体の表面を帯電する接触帯電方式が多く採用されている。ここで、印加する電圧としては、直流電圧のみ、または、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧が挙げられる。
上記接触帯電方式に用いられる帯電部材として、特許文献1には、表面層の表面に樹脂粒子に由来する凸部と黒鉛粒子に由来する凸部とを形成させ、該黒鉛粒子に由来する凸部に隣接する3つの該樹脂粒子に由来する凸部の各頂点を含む平面とのなす距離が正である黒鉛粒子に由来する凸部の数を、黒鉛粒子に由来する凸部の総数に対して80%以上としてなる帯電ローラが開示されている。そして、かかる帯電ローラによれば、電子写真感光体の帯電電位を均一化し、高品位な電子写真画像を形成し得ることを開示している。
本発明者らは、特許文献1に係る帯電部材は、電子写真感光体の帯電電位の均一化を図る上で有効であることを確認した。しかしながら、本発明者らによる更なる検討の結果、次のような解決すべき課題が見出された。すなわち、表面層の直下に、エピクロルヒドリンゴム等のエチレンオキサイド由来のユニットを有する重合体を含む導電層(以下、「導電性の弾性層」とも称す)を配した帯電部材においては、表面層と導電性の弾性層との界面において生じる電気抵抗の差により電子写真感光体に対する放電強度が徐々に低下していく場合があった。
このような放電強度の経時的な低下は、電子写真画像に欠陥を生じさせる場合がある。例えば、接触帯電方式において、帯電部材に対して、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加する帯電方式(以下、「AC・DC重畳帯電方式」と称す)がある。このようなAC・DC重畳帯電方式を採用した場合において、帯電部材から電子写真感光体への放電強度が低下すると、電子写真画像に干渉縞が生じることがあった。干渉縞の生じた電子写真画像を、以下、「モアレ画像」とも称する。「モアレ画像」は、以下の理由によって生じる。すなわち、帯電部材からの電子写真感光体への放電強度の低下によって、電子写真感光体の表面は、帯電部材に印加した交流電圧の周期に対応するサイクルパターンに帯電される。このように帯電された電子写真感光体の表面に対して、電子写真感光体の回転方向と垂直方向に横線を描くようなハーフトーン画像(例えば、幅1ドットで間隔2ドット、あるいは、幅1ドットで間隔3ドット)を出力するための露光を行うと、上記帯電サイクルパターンに帯電された部分とハーフトーン画像形成用の露光による電位の変動部分とが干渉を生じ、「モアレ画像」となるものである。したがって、ハーフトーン画像へのモアレの発生は、放電強度の低下の目安となり得る。
そこで、本発明の目的は、電子写真感光体への帯電性能に優れ、かつ、その帯電性能の経時的な変化が生じにくい帯電部材を提供することにある。
また、本発明の目的は、高品位な電子写真画像の安定した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、導電性の弾性層及び導電性の表面層を有する帯電部材であって、該弾性層は、エチレンオキサイド由来のユニットを有する重合体と、黒鉛粒子及び黒鉛化粒子から選択される少なくとも一方の粒子を含み、該弾性層の表面には該黒鉛粒子および該黒鉛化粒子から選択されるいずれか一方または両方の粒子の露出部が存在し、該黒鉛粒子及び該黒鉛化粒子から選択されるいずれか一方または両方の粒子の露出部を含む該弾性層の表面は、該表面層で被覆されており、該表面層は、バインダー樹脂と該バインダー樹脂中に分散されている樹脂粒子とを含み、かつ、その表面に、該樹脂粒子に由来する複数の凸部を有し、該表面層中の該樹脂粒子を該弾性層の表面に正投影したときの、該弾性層の表面における該樹脂粒子の投影部以外の部分が、該弾性層の表面の該黒鉛粒子及び該黒鉛化粒子から選択される何れか一方または両方の粒子の露出部と重なってい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、上記の帯電部材と、該帯電部材によって帯電可能に配置されている電子写真感光体とを具備している電子写真装置が提供される。
本発明によれば、優れた帯電性能を有し、かつ、帯電性能が経時的に変化し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した形成に有用なプロセスカートリッジおよび電子写真装置を得ることができる。
図1Aは、本発明に係る帯電部材の断面の一例を示しており、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弾性層2及び導電性の表面層3とを有している。帯電部材は、図1Bに示すように、導電性の弾性層が2層以上とする構成としてもよい。
導電性基体と導電性基体上に順次積層する層(例えば、図1Aに示す導電性の弾性層2、図1B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してもよい。
図2は、導電性の弾性層(以下、単に「弾性層」という場合がある。)及び導電性の表面層(以下、単に「表面層」という場合がある。)の拡大断面図である。弾性層2は、エチレンオキサイド由来のユニットを有する重合体と、黒鉛粒子及び黒鉛化粒子から選択される何れか一方または両方の粒子(101、102、及び、103)とを含み、その表面に、黒鉛粒子及び黒鉛化粒子から選択される何れか一方または両方の粒子の露出部(例えば105)を有している。前記弾性層の露出部を含む表面は、表面層3で被覆されており、また、該表面層3は、バインダー樹脂と、樹脂粒子104を含み、その表面に該樹脂粒子に由来する複数の凸部を有している。
図3は、上記表面層中の樹脂粒子を上記弾性層の表面に正投影したときの概略図を示している。弾性層の表面107には、該黒鉛粒子及び黒鉛化粒子から選択される何れか一方または両方の粒子の露出部(例えば105)が存在する。ここで、表面層中の樹脂粒子を弾性層の表面に正投影した場合の投影部とは、例えば106で示される領域である。本発明の帯電部材においては、投影部以外の部分(例えば106以外の部分)が、上記黒鉛粒子及び黒鉛化粒子から選択される何れか一方または両方の粒子の露出部(例えば105)と重なっている。
本発明者らは、帯電部材が、電子写真感光体を帯電する際の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ニップ部における放電状態を詳細に観察した。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微小な空隙を生じさせる。そして、帯電工程において、当該空隙で帯電部材からの電子写真感光体への放電が生じ、安定した帯電が行われることが分かった。以下、ニップ内に生じた微小な空隙において生じる放電を「ニップ内放電」ともいう。
しかしながら、長期間に亘って電子写真画像の形成を行った場合、ニップ内放電が生じにくくなる場合があった。特に、弾性層にエチレンオキサイド由来のユニットを有する重合体を有する場合、ニップ内放電強度の低下が顕著であった。
本発明者らは、上記現象について詳細に検討を行った結果、ニップ内放電強度の低下は、以下のようなメカニズムによるものと推察している。
第一には、まず、ニップ内放電においては、帯電部材の導電性表面のうち、凸部の斜面の部分からの電子写真感光体への放電が重要な役割を果たしている。ところが、長期間に亘る電子写真画像の形成によって、当該凸部の斜面部分に放電生成物等が付着し、絶縁性となり、凸部の斜面部分からの放電が生じ難くなる。その結果として、ニップ内放電の強度が経時的に低下してくる。
第二には、弾性層と表面層との界面の電気抵抗値の経時的な上昇に起因するものと考えられる。特に、低温低湿環境から常温常湿環境においては、ニップ内放電強度の低下が顕著であった。これは、弾性層に使用するエチレンオキサイド由来のユニットを有する重合体のイオン導電性が経時的に低下することによるものと考えられる。また、イオン導電性を発現するイオン性物質の経時的な劣化や、弾性層中でイオン性物質が経時的に偏在していくことにも起因しているものと考えられる。その結果として、弾性層と表面層との界面における電気抵抗値が上昇し、弾性層と表面層との界面に大きな電気的障壁が生じるため、導電性基体から供給される電荷の流れが不足する。これが、ニップ内放電強度の低下の原因の一つであると考えられる。
これらの考察に基づき、本発明者らは、ニップ内放電強度の低下を抑制する検討を行った。その過程において、エチレンオキサイド由来のユニットを有する重合体を含む導電性の弾性層中に、黒鉛粒子及び黒鉛化粒子から選択される少なくとも一方の粒子(以下、黒粒子および黒鉛化粒子を、「黒鉛粒子等」と称することがある)を、該弾性層から露出させた状態で含有させ、上記黒鉛粒子等の露出部と、表面層の凸部位置との関係を制御した帯電部材は、ニップ内放電強度の低下を抑制できるとの知見を得た。
上記位置関係の制御とは、表面層の上記凸部を形成する樹脂粒子を弾性層の表面に正投影したときの、弾性層の表面における「樹脂粒子の投影部」以外の部分が、上記黒鉛粒子等の露出部と重なっているということである。即ち、表面層の上記凸部は、弾性層における上記黒鉛粒子等の露出部と重ならない位置に存在するということである。
本発明者らが、本発明に係る帯電部材のニップ部における放電状態を観察したところ、上記樹脂粒子に由来する凸部近傍は電子写真感光体と接触しており、凸部が存在しない箇所と電子写真感光体との間の空隙部分でも、ニップ内放電が発生していた。また、長期間に亘る電子写真画像の形成を行った場合も、ニップ内放電の強度が低下し難く、高い帯電性能を維持していた。
これは以下のような理由によるものと考えられる。すなわち、黒鉛粒子及び黒鉛化粒子は、後に詳述するが、SP2共有結合によって層構造をなす炭素原子を含有する物質であり、高い導電性を示す。そして、前記露出部は、高い導電性を有する黒鉛粒子等が、弾性層及び表面層に直接接触して存在している部分である。これにより、上記露出部は、前述した界面の電気抵抗の上昇を抑制することが可能である。さらに、前記露出部は、表面層の前記凸部と重なっていない位置に存在するため、前記露出部の帯電部材の表面に相当する部分(例えば図3の108)において、優先的にニップ内放電を発生させることができる。加えて、黒鉛粒子等は、凸部と凸部との谷部分に位置している。凸部の斜面部分と比較して、当該谷部分には、長期間に亘る電子写真画像の形成によっても、相対的に帯電生成物が付着し難いものと考えられる。これらの理由により、本発明に係る帯電部材は、長期間に亘る電子写真画像の形成によってもニップ内放電の強度が低下し難いものと推察される。
ここで、前記露出部の帯電部材表面に相当する部分(例えば図3の108)において、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、上記黒鉛粒子等の露出部を含む表面は、表面層により被覆させる必要があるとの知見も得た。
<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弾性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弾性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。
<導電性の弾性層>
本発明の帯電部材において導電性の弾性層は、帯電部材と電子写真感光体との当接ニップ幅を十分に確保するために設けられている。弾性層はエチレンオキサイド由来のユニットを有する重合体を含んでおり、これにより帯電部材に適した導電性が付与されている。なお、帯電部材の弾性層に求められている一般的な導電性とは、温度23℃、相対湿度50%の環境(以下「常温常湿環境」という。)下で測定したときの体積抵抗率が102Ω・cm乃至1010Ω・cm程度である。
本発明の帯電部材において導電性の弾性層は、帯電部材と電子写真感光体との当接ニップ幅を十分に確保するために設けられている。弾性層はエチレンオキサイド由来のユニットを有する重合体を含んでおり、これにより帯電部材に適した導電性が付与されている。なお、帯電部材の弾性層に求められている一般的な導電性とは、温度23℃、相対湿度50%の環境(以下「常温常湿環境」という。)下で測定したときの体積抵抗率が102Ω・cm乃至1010Ω・cm程度である。
尚、弾性層の体積抵抗率は、以下のようにして求められる。まず、弾性層を構成する材料組成物と同一組成の材料組成物を厚さ1mmのシートに成型し、縦5mm、横5mm、厚さ1mmの切片を切り出す。その切片の両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体積抵抗率を求める。
また、帯電部材の弾性層に求められている一般的な硬度は、マイクロ硬度(MD-1型)で30°乃至70°程度である。なお、「マイクロ硬度(MD-1型)」とは、アスカー マイクロゴム硬度計MD-1型(商品名、高分子計器(株)製)を用いて測定される硬度である。本発明においては、常温常湿環境中に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。
〔エチレンオキサイド由来のユニットを有する重合体〕
導電性の弾性層に含まれるエチレンオキサイド由来のユニットを有する重合体としては、下記を例示できる。エチレンオキサイドの単独重合体、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとの共重合体、ポリエーテルエステル、ポリエーテルアミド、ポリエーテルエステルアミド、ポリ(エチレングリコールアクリレート)、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテル、ポリ(エチレングリコール)とポリエチレンのブロック共重合体、ポリ(エチレングリコール)とポリ(プロピレングリコール)のブロック共重合体、ポリ(エチレングリコール)とポリ(テトラメチレングリコール)のブロック共重合体、エピクロルヒドリンゴム等。
導電性の弾性層に含まれるエチレンオキサイド由来のユニットを有する重合体としては、下記を例示できる。エチレンオキサイドの単独重合体、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとの共重合体、ポリエーテルエステル、ポリエーテルアミド、ポリエーテルエステルアミド、ポリ(エチレングリコールアクリレート)、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテル、ポリ(エチレングリコール)とポリエチレンのブロック共重合体、ポリ(エチレングリコール)とポリ(プロピレングリコール)のブロック共重合体、ポリ(エチレングリコール)とポリ(テトラメチレングリコール)のブロック共重合体、エピクロルヒドリンゴム等。
弾性層は上記重合体の複数を含んでいてもよい。特に、上記重合体の中でもエピクロルヒドリンゴムは、弾性層の電気抵抗値の制御及び弾性層の硬度の制御が容易である点で好ましい。エピクロルヒドリンゴムは、それ自体が中抵抗領域、具体的には、体積抵抗率で1.0×109Ω・cm乃至1.0×105Ω・cm程度の導電性を有する。そのため、弾性層を導電化する場合に、弾性層への導電剤の添加を不要にし、あるいは導電剤の添加量を少なくすることができる。これは弾性層を柔軟に保つうえで有利である。
このようなエピクロルヒドリンゴムの具体例を以下に挙げる。エピクロルヒドリン単独重合体、エピクロルヒドリン-エチレンオキサイド共重合体、エピクロルヒドリン-アリルグリシジルエーテル共重合体及びエピクロルヒドリン-エチレンオキサイド-アリルグリシジルエーテル三元共重合体。これらの中でも、該三元共重合体は、特に安定した中抵抗領域の導電性を示すため好適である。また、該三元共重合体は、重合度や組成比の調整により導電性、加工性を制御することができる。更に、該三元共重合体は、その全質量を基準としてエチレンオキサイド由来のユニットを30質量%以上含有する重合体であることが好ましい。弾性層はその全質量を基準として該三元共重合体を40質量%以上含有する弾性層であることが特に好ましい。弾性層の体積抵抗率を安定して前記範囲内の値にすることができるからである。なお、重合体中のエチレンオキサイド由来のユニット量は、1H-NMR及び13C-NMRを用いて算出することができる。
〔黒鉛粒子及び黒鉛化粒子〕
本発明の帯電部材において導電性の弾性層は、黒鉛粒子及び黒鉛化粒子から選択される何れか一方または両方の粒子を含んでいる。黒鉛粒子及び黒鉛化粒子は、SP2共有結合によって層構造をなす炭素原子を含有する物質であり、高い導電性を示す。この中でも、ラマンスペクトルにおける、黒鉛に由来する1580cm-1のピークのピーク強度半値幅(Δv1580)が80cm-1以下であるものが好ましく、60cm-1以下であるものがより好ましい。Δv1580は、黒鉛化度や、SP2軌道の黒鉛面の広がりの指標となり、それに起因した導電性の指標となる値である。本範囲内とすることにより、黒鉛粒子等は高い導電性が達成されやすく、ニップ内放電強度の低下をより容易に抑制することが可能になる。
本発明の帯電部材において導電性の弾性層は、黒鉛粒子及び黒鉛化粒子から選択される何れか一方または両方の粒子を含んでいる。黒鉛粒子及び黒鉛化粒子は、SP2共有結合によって層構造をなす炭素原子を含有する物質であり、高い導電性を示す。この中でも、ラマンスペクトルにおける、黒鉛に由来する1580cm-1のピークのピーク強度半値幅(Δv1580)が80cm-1以下であるものが好ましく、60cm-1以下であるものがより好ましい。Δv1580は、黒鉛化度や、SP2軌道の黒鉛面の広がりの指標となり、それに起因した導電性の指標となる値である。本範囲内とすることにより、黒鉛粒子等は高い導電性が達成されやすく、ニップ内放電強度の低下をより容易に抑制することが可能になる。
更に、黒鉛粒子等の黒鉛(002)面の面間隔は、0.3354nm以上、0.3365nm以下であることがより好ましい。完全な黒鉛粒子が有する黒鉛(002)面の面間隔は、0.3354nmであることは知られており、0.3354nmから値が大きくなるにつれて、黒鉛粒子及び黒鉛化粒子の導電性が低下する。つまり、六方網目平面の積み重なった結晶構造を有する黒鉛粒子及び黒鉛化粒子は、当該六方網目内を自由電子のように運動するπ電子が存在するために高い導電性を有する。
以上述べたとおり、本発明に係る黒鉛粒子等について、黒鉛(002)面の面間隔を上記の範囲内の値とすることにより、黒鉛粒子等は、高い導電性が達成されやすく、ニップ内放電強度の低下をより容易に抑制することが可能になる。
また、黒鉛面の面間隔を上記範囲内の値とした場合は、黒鉛粒子及び黒鉛化粒子は、六方網目平面の積み重なった結晶構造が発達しており、鱗片状の形状を有する。この場合、後に詳述する黒鉛粒子及び黒鉛化粒子の露出化工程である研磨工程において、黒鉛粒子及び黒鉛化粒子は劈開しやすい。このため、上記工程において、黒鉛粒子及び黒鉛化粒子が弾性層から脱落することなく、露出部の形成を、より安定して形成することが可能になる。尚、劈開とは、黒鉛粒子及び黒鉛化粒子が結晶面にて層状に剥離することをいう。劈開性の高い黒鉛粒子や黒鉛化粒子を用いることにより、研磨工程後の弾性層の表面に露出した状態で、黒鉛粒子及び/または黒鉛化粒子を存在させることが容易となる。一方、黒鉛粒子及び黒鉛化粒子が劈開性を有しない場合またはその劈開性が低い場合、研磨によって粒子自体が脱落し、弾性層表面に露出した状態でこれらの粒子を存在させることが困難である。
本発明に係る黒鉛粒子の例としては天然黒鉛が挙げられ、黒鉛化粒子の例としては、人造黒鉛を挙げることができる。黒鉛粒子としての天然黒鉛は、高い結晶性を有し、黒鉛(002)面の面間隔は、0.3354nm~0.3365nmの範囲であることが好ましい。黒鉛粒子の粒径や形状は、粉砕及び分級により調整することができる。
黒鉛化粒子として人造黒鉛は、黒鉛化粒子前駆体を焼成することによって製造することができ、前記前駆体及びその焼成条件を選択することによって、得られる黒鉛化粒子の形状、及び、導電性を制御することができる。即ち、焼成条件により、黒鉛(002)面の面間隔を調整可能である。得られる黒鉛化粒子の形状は、前記前駆体の形状によって略決定される。使用可能な前駆体としては、例えば、バルクメソフェーズピッチ、メソカーボンマイクロビーズ、フェノール樹脂、フェノール樹脂にメソフェーズをコートしたもの、コークスにピッチをコートしたもの等を挙げることができる。黒鉛化粒子としては、バルクメソフェーズピッチを焼成することによって得られたもの、メソカーボンマイクロビーズを焼成することによって得られたものであることが特に好ましい。得られる黒鉛化粒子の導電性は、焼成条件によって変化し、一般的に高温で長時間焼成して得られたものほど導電性は高くなる。更に、導電性は、前駆体の化学結合構造によっても変化する。前記前駆体によって難黒鉛化、易黒鉛化といった結晶性の変化の容易さが異なるため、同条件で焼成しても同じ導電性が得られるわけではない。これらの黒鉛化粒子の具体的な製造方法を以下に説明するが、黒鉛化粒子は必ずしもこれらの製造方法により得られるものに限定されない。
[コークスにピッチをコートしたものを焼成して得られる黒鉛化粒子]
コークスにピッチをコートしたものを焼成して得られる黒鉛化粒子は、コークスにピッチを加え、成形しその後焼成することにより得られる。コークスとしては、石油蒸留における残渣油、またはコールタールピッチを500℃程度の温度で加熱して得られる生コークスを、さらに1200℃以上、1400℃以下の温度で焼成したものを使用できる。ピッチとしては、タールの蒸留残渣として得られるピッチを使用できる。
コークスにピッチをコートしたものを焼成して得られる黒鉛化粒子は、コークスにピッチを加え、成形しその後焼成することにより得られる。コークスとしては、石油蒸留における残渣油、またはコールタールピッチを500℃程度の温度で加熱して得られる生コークスを、さらに1200℃以上、1400℃以下の温度で焼成したものを使用できる。ピッチとしては、タールの蒸留残渣として得られるピッチを使用できる。
これらの原料を用いて黒鉛化粒子を得る方法としては、まず、コークスを微粉砕し、ピッチと混合する。その後、150℃程度の加熱下で混練し、成形機を用いて成形する。成形品を700℃以上、1000℃以下の温度で熱処理して、熱安定性を付与する。次に、2600℃以上、3000℃以下の温度で熱処理することによって、所望の黒鉛化粒子が得られる。熱処理の際は、酸化を防ぐために成形品をパッキング用のコークスで覆うことが好ましい。
[バルクメソフェーズピッチを焼成して得られる黒鉛化粒子]
バルクメソフェーズピッチとしては、例えば、コールタールピッチ等から溶剤分別によりβ-レジンを抽出し、これを水素添加、重質化処理を行うことによって得ることができる。また重質化処理後、微粉砕し、次いでベンゼン又はトルエン等により溶剤可溶分を除去することで得ることもできる。このバルクメソフェーズピッチはキノリン可溶分が95質量%以上であることが好ましい。95質量%以上のものであれば、粒子内部が液相炭化しやすく、球形に近い形状に制御しやすくなるため、より好ましい。
バルクメソフェーズピッチとしては、例えば、コールタールピッチ等から溶剤分別によりβ-レジンを抽出し、これを水素添加、重質化処理を行うことによって得ることができる。また重質化処理後、微粉砕し、次いでベンゼン又はトルエン等により溶剤可溶分を除去することで得ることもできる。このバルクメソフェーズピッチはキノリン可溶分が95質量%以上であることが好ましい。95質量%以上のものであれば、粒子内部が液相炭化しやすく、球形に近い形状に制御しやすくなるため、より好ましい。
メソフェーズピッチを用いて黒鉛化粒子を得る方法としては、まず、前記のバルクメソフェーズピッチを微粉砕して、これを空気中200℃以上、350℃以下の温度で熱処理して、軽度に酸化処理する。この酸化処理によって、バルクメソフェーズピッチ粒子は表面のみが不融化され、次工程の熱処理時の溶融、融着が抑制される。この酸化処理されたバルクメソフェーズピッチ粒子は酸素含有量が5質量%以上、15質量%以下であることが適当である。酸素含有量が5質量%以上であれば、熱処理時の粒子同士の融着が激化するのを抑制できる。また、酸素含有量が15質量%以下であれば、粒子内部まで酸化されて形状が破砕状のまま黒鉛化することを抑制することができ、球状の粒子を得ることができる。このように酸化処理したバルクメソフェーズピッチ粒子を窒素、アルゴン等の不活性気体の雰囲気下にて、1000℃以上、3500℃以下の温度で熱処理することにより所望の黒鉛化粒子が得られる。
[メソカーボンマイクロビーズを焼成して得られる黒鉛化粒子]
メソカーボンマイクロビーズを得る方法としては、以下の方法等を挙げることができる。先ず、石炭系重質油又は石油系重質油を300℃以上、500℃以下の温度で熱処理し、重縮合させて粗メソカーボンマイクロビーズを生成させる。この後、反応生成物を濾過、静置沈降、遠心分離等の処理をしてメソカーボンマイクロビーズを分離後、ベンゼン、トルエン、キシレン等の溶剤で洗浄し、更に、乾燥する。
メソカーボンマイクロビーズを得る方法としては、以下の方法等を挙げることができる。先ず、石炭系重質油又は石油系重質油を300℃以上、500℃以下の温度で熱処理し、重縮合させて粗メソカーボンマイクロビーズを生成させる。この後、反応生成物を濾過、静置沈降、遠心分離等の処理をしてメソカーボンマイクロビーズを分離後、ベンゼン、トルエン、キシレン等の溶剤で洗浄し、更に、乾燥する。
このメソカーボンマイクロビーズを用いて黒鉛粒子を得る方法としては、まず乾燥を終えたメソカーボンマイクロビーズを破壊させない程度の力で機械的に一次分散させておくことが、黒鉛化後の粒子の凝集防止や均一な粒度を得るために好ましい。一次分散を終えたメソカーボンマイクロビーズを、不活性気体の雰囲気下で200℃以上、1500℃以下の温度で一次加熱処理し、炭化物とする。この炭化物は、破壊させない程度の力で機械的に分散(二次分散処理)させることが、黒鉛化後の粒子の凝集防止や均一な粒度を得るために好ましい。二次分散処理を終えた炭化物を、不活性雰囲気下で1000℃以上、3500℃以下の温度で二次加熱処理することにより、所望の黒鉛化粒子が得られる。
本発明の弾性層中における黒鉛粒子及び/または黒鉛化粒子の含有量は、エチレンオキサイド由来のユニットを有する重合体100質量部に対し、1質量部から100質量部が好ましく、より好ましくは、5質量部から50質量部である。本範囲内とすることで、弾性層に求められている硬度を達成しやすいと同時に、下記に記載する、表面層に含まれる樹脂粒子との位置関係を制御しやすくなる。
また、黒鉛粒子または黒鉛化粒子の体積平均粒径は、1μm以上、150μm以下が好ましく、より好ましくは、2μm以上、100μm以下である。本範囲内とすることで、表面層に含まれる樹脂粒子との位置関係を制御しやすくなる。
更に、黒鉛粒子または黒鉛粒子の長径/短径の比は、1以上、5以下が好ましく、より好ましくは、1.2以上、2.5以下である。本範囲内とすることにより、前述した研磨工程において、黒鉛粒子及び黒鉛化粒子が弾性層から脱落することなく、より安定に露出部を形成することが可能になる。
〔その他の材料〕
本発明の帯電部材において、導電性の弾性層は「他の重合体」を更に含んでいてもよい。他の重合体としては以下の一般的なゴムが挙げられる。EPM(エチレン-プロピレンゴム)、EPDM(エチレン-プロピレン-ジエン共重合体)、NBR(アクリロニトリル-ブタジエン共重合ゴム)、クロロプレンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン-ブタジエンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、SBS(スチレン・ブタジエン・スチレン-ブロックコポリマー)、SEBS(スチレン・エチレンブチレン・スチレン-ブロックコポリマー)など。
本発明の帯電部材において、導電性の弾性層は「他の重合体」を更に含んでいてもよい。他の重合体としては以下の一般的なゴムが挙げられる。EPM(エチレン-プロピレンゴム)、EPDM(エチレン-プロピレン-ジエン共重合体)、NBR(アクリロニトリル-ブタジエン共重合ゴム)、クロロプレンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン-ブタジエンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、SBS(スチレン・ブタジエン・スチレン-ブロックコポリマー)、SEBS(スチレン・エチレンブチレン・スチレン-ブロックコポリマー)など。
弾性層には、体積抵抗率の調整のため、イオン導電剤や電子導電剤を適宜含有させることができる。弾性層がエチレンオキサイド由来のユニットを有する重合体を含む場合、体積抵抗率の調整には、イオン導電剤を用いることが好ましい。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等の有機酸リチウム塩。これらを単独で又は2種類以上を組み合わせて用いることができる。この中でも、アンモニウム塩を使用することが更に好ましい。これにより、弾性層の体積抵抗率の調整をより容易に行うことが可能になる。
また、弾性層には、硬度等を調整するために、軟化油、可塑剤等の添加剤を含有させてもよい。
〔弾性層の形成方法〕
導電性の弾性層を形成する方法を以下に例示する。まず、導電性基体上に、前記エチレンオキサイド由来のユニットを有する重合体に、少なくとも黒鉛粒子及び黒鉛化粒子から選択される何れか一方の粒子を分散させた被覆層(以下、「予備被覆層」という場合がある。)を作製する。その後、表面を研磨することにより、表面層に含有させてなる黒鉛粒子等を該弾性層の表面に露出させる。
導電性の弾性層を形成する方法を以下に例示する。まず、導電性基体上に、前記エチレンオキサイド由来のユニットを有する重合体に、少なくとも黒鉛粒子及び黒鉛化粒子から選択される何れか一方の粒子を分散させた被覆層(以下、「予備被覆層」という場合がある。)を作製する。その後、表面を研磨することにより、表面層に含有させてなる黒鉛粒子等を該弾性層の表面に露出させる。
予備被覆層の形成方法としては、静電スプレー塗布法、ディッピング塗布法、ロール塗布法、所定の膜厚に成膜されたシート形状又はチューブ形状の層を接着又は被覆する方法、型内で導電性基体の外周部に導電性樹脂組成物を配置して硬化する方法、等が挙げられる。特に、前記重合体は一般的にゴム状態であるので、クロスヘッドを備えた押出機を用いて、導電性基体と未加硫ゴム組成物を一体的に押出して作製することが好ましい。クロスヘッドとは、電線や針金の被覆層を構成するために用いられる、押出機のシリンダ先端に設置して使用する押出金型である。
この後、乾燥、硬化、または、架橋等を経た後、予備被覆層の表面を研磨して、黒鉛粒子等を弾性層の表面に露出させる。研磨方法としては、円筒研磨方法やテープ研磨法を使用することができる。円筒研磨機としては、トラバース方式のNC円筒研磨機、プランジカット方式のNC円筒研磨機等を例示することができる。研磨工程の効率化を考慮すると、円筒研磨方法を使用することがより好ましい。円筒研磨法のなかでも、長手方向全体を同時に研磨でき、研磨時間が短縮できるという観点から、プランジカット方式を使用することが、更に好ましい。
一例として、プランジカット方式の円筒研磨機を使用する際の、予備被覆層の研磨条件として好ましい範囲を以下に示す。円筒研磨砥石の回転数は、500rpm以上、4000rpm以下が好ましく、更に、1000rpm以上がより好ましい。予備被覆層への侵入速度は、5mm/sec以上、30mm/sec以下が好ましく、10mm/sec以上がより好ましい。この際、侵入するに従って、速度を順次低下させていってもよい。侵入工程の最後には、慣らし工程を有してもよい。スパークアウト工程(侵入速度0mm/minでの研磨工程)は、10秒間以下に設定することが好ましい。予備被覆層を形成した部材が回転可能な形状の場合(例えば、ローラ形状の場合)は、回転数を、50rpm以上、500rpm以下に設定することが好ましく、更には、200rpm以上に設定することがより好ましい。
界面に露出させる黒鉛粒子及び/または黒鉛化粒子は、単体粒子であっても、凝集体であってもよいが、上記粒子の粒径は、体積平均粒径で、2μm以上、200μm以下が好ましい。特に、3μm以上、100μm以下とすることが更に好ましい。上記範囲内とすることにより、前記ニップ内放電強度の低下を抑制することが、より容易になる。
黒鉛粒子及び/または黒鉛化粒子の粒径を上記範囲内に制御するための手段としては、含有させる黒鉛粒子及び/または黒鉛化粒子の一次粒径を上記範囲内に制御する方法を使用してもよく、前記粒子を粉砕または分散させて制御してもよい。しかしながら、上記範囲内の粒径は、非常に狭い範囲であるため、いずれにせよ、重合体に分散させる工程を経ることが必要である。分散手段としては、公知の手段を用いることが可能であるが、前述のとおり、前記重合体は一般的にゴム状態であるので、ゴム混練装置を用いて分散させることが好ましい。混練装置としては、密閉型ミキサーや二本ロール等が挙げられる。
特に、ゴム状態の重合体への分散を制御する手段として好ましいのは、二本ロール混練機であり、二本ロールの間隙を2.0mm以下に、混練温度を30℃以下にすることで、黒鉛粒子及び/または黒鉛化粒子の粒径を、その一次粒径に近づけることが可能になる。
弾性層中における上記黒鉛粒子及び/または黒鉛化粒子の含有量は、重合体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、50質量部以下が更に好ましい。後述するが、本範囲内とすることで、表面層に含有させる樹脂粒子との位置関係の制御がより容易になるためである。
<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られるバインダー樹脂としては、公知のゴムまたは樹脂が挙げられる。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られるバインダー樹脂としては、公知のゴムまたは樹脂が挙げられる。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、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。尚、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〕
本発明の導電性の表面層に含まれる樹脂粒子としては、例えば以下の高分子化合物からなる粒子が挙げられる。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等の熱可塑性エラストマー。これらの樹脂粒子は、バインダー樹脂への分散が容易である。また、帯電部材の表面(導電性の表面層の表面)に、凸部を形成した際、帯電部材と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空隙を、すべての環境で維持しやすいという観点から、以下の樹脂からなる樹脂粒子が好ましい。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、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂。
本発明の導電性の表面層に含まれる樹脂粒子としては、例えば以下の高分子化合物からなる粒子が挙げられる。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等の熱可塑性エラストマー。これらの樹脂粒子は、バインダー樹脂への分散が容易である。また、帯電部材の表面(導電性の表面層の表面)に、凸部を形成した際、帯電部材と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空隙を、すべての環境で維持しやすいという観点から、以下の樹脂からなる樹脂粒子が好ましい。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、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂。
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く、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、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、15μm以上、60μm以下が特に好ましい。本範囲内とすることで、ニップ内放電をより安定して発生させることができる。
本発明の導電性の表面層に含まれる樹脂粒子は、内部に空気を含む領域を有する空孔を、複数有していることが更に好ましい。後に詳述するが、これにより、前記弾性層における黒鉛粒子及び/または黒鉛化粒子の露出部と該表面層中の樹脂粒子との位置関係の制御を、より容易に行いやすくなる、と同時に、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。
内部に空気を含む領域を有する空孔を、複数有している樹脂粒子として、下記に示す「多中空粒子」及び「多孔質粒子」を使用することが好ましい。本発明において「多中空粒子」とは、内部に空気を含む領域を有する空孔を複数有する粒子であって、その空孔は樹脂粒子の表面に貫通していない状態の粒子である、と定義される。一方、本発明において「多孔質粒子」とは、内部に空気を含む領域を有する空孔を複数有する粒子であって、その空孔は樹脂粒子の表面に貫通していない状態であり、かつ、空孔以外の部分において、樹脂粒子の表面に貫通する多数の細孔を有する粒子である、と定義される。
以下に、本発明の多孔質粒子及び多中空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。更に、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。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。更に、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。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、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、例えば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、単独で場合によっては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、ペンタエリスリトールテトラ(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等の(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%となるように使用することが好ましい。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、ノルマルドデカン等。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、使用目的に応じて適宜選択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等。
上記重合法のうち、特に、懸濁重合法の具体的一例について、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等を使用できる。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。
樹脂粒子の粒径は、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、撹拌分散条件等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、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及び内部の空孔径、更に、空気を含む領域の割合は、架橋性単量体の添加量、多孔化剤の種類や添加量等により調整することができる。空孔径は、架橋性単量体の添加量を増やすことで、小さくすることができる。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で達成することができる。
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、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、弾性層における黒鉛粒子及び/または黒鉛化粒子の露出部と表面層中の樹脂粒子との位置関係の制御を、より容易に行いやすくなる、と同時に、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。
[多中空粒子]
多中空粒子の材質としては、上記多孔質粒子と同様の樹脂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。更に、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。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。
多中空粒子の材質としては、上記多孔質粒子と同様の樹脂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。更に、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。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。
本発明の多中空粒子は、懸濁重合法、界面重合法、界面沈殿法、液中乾燥法等の公知の製法により製造することができる。
(a)懸濁重合法による多中空粒子の調製
懸濁重合法を用いて多中空粒子を調製する場合、まず、架橋剤の存在下、疎水性の重合性単量体と、親水性の重合性単量体と重合開始剤とからなる油性混合液を作製する。この油性混合液を、分散安定化剤を含有する水性媒体液中で水性懸濁重合を行い、重合終了後、洗浄、乾燥工程を得て、多中空粒子を得ることができる。
懸濁重合法を用いて多中空粒子を調製する場合、まず、架橋剤の存在下、疎水性の重合性単量体と、親水性の重合性単量体と重合開始剤とからなる油性混合液を作製する。この油性混合液を、分散安定化剤を含有する水性媒体液中で水性懸濁重合を行い、重合終了後、洗浄、乾燥工程を得て、多中空粒子を得ることができる。
本方法の場合、油性混合液と水性媒体液の混合中に、油性混合液の液滴に水が入りこんで水を抱え込む形態をとることになる。これにより、中空形状が形成された多中空粒子が得られる。また、あらかじめ、油性混合液に水を添加し、エマルジョン化した混合液を、水性媒体液に分散させ、更に、懸濁重合を行って、上記多中空粒子を得ることもできる。上記の場合、疎水性単量体と親水性単量体の合計に対し、疎水性単量体は、70質量%から99.5質量%、親水性単量体は、0.5質量%から30質量%に調整することが好ましい。これにより、多中空粒子が得られやすくなる。
疎水性単量体としては、(メタ)アクリル酸エステル系モノマー、多官能(メタ)アクリル酸エステル系モノマー、スチレン、p-メチルスチレン、α-メチルスチレン等のスチレン系モノマー、酢酸ビニル等が挙げられる。この内、熱分解性の観点から(メタ)アクリル酸エステル系モノマーが好ましく、メタクリル酸エステル系モノマーがより好ましい。(メタ)アクリル酸エステル系モノマーとしては、例えば以下のものが挙げられる。(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ラウリル等。上記疎水性単量体は、複数種を組み合わせて用いてもよい。
親水性単量体としては、水酸基末端ポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレートが挙げられ、例えば以下のものが挙げられる。ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリ(エチレングリコール-プロピレングリコール)モノ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール-ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリ(メタ)アクリレート、ポリ(プロピレングリコール-テトラメチレングリコール)モノ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールポリブチレングリコールモノ(メタ)アクリレート等。これらは複数種を組み合わせて用いてもよい。
架橋性単量体としては、前記多孔質粒子と同様の単量体を使用することができる。前記疎水性単量体と親水性単量体の合計に対し、0.5質量%から60質量%に調整することが好ましい。
その他、重合開始剤、界面活性剤、分散安定剤については、前記多孔質粒子と同様の化合物を使用可能である。上記の重合開始剤、分散安定剤及び界面活性剤は、それぞれ単独で又は2種以上を組み合わせて使用してもよい。重合開始剤の使用割合は、単量体100質量部に対して0.01質量部から2質量部であることが好ましい。分散安定剤の使用割合は、単量体100質量部に対して0.5質量部から30質量部であることが好ましい。界面活性剤は、水100質量部に対し0.001質量部から0.3質量部であることが好ましい。
重合反応は、油性混合液と水性媒体とを混合した後、撹拌しながら昇温して行う。重合温度は40℃から90℃、重合時間は1時間から10時間程度が好ましい。この時、単量体と水との混合条件及び撹拌条件をコントロールすることで、多中空粒子の平均粒子径を適宜決定することができる。
(b)セルロース樹脂を使用する作製方法
本方法では、少なくとも単量体としてのスチレンと、多官能重合性単量体とからなる単量体混合物に、セルロース樹脂を溶解させた溶解液を作製する。
本方法では、少なくとも単量体としてのスチレンと、多官能重合性単量体とからなる単量体混合物に、セルロース樹脂を溶解させた溶解液を作製する。
多官能重合性単量体としては、芳香族ジビニル化合物、多価アルコールのアクリル酸エステル、多価アルコールのメタクリル酸エステル等が挙げられる。これらは1種で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。具体的には、芳香族ジビニル化合物として、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン等が挙げられる。また多価アルコールの(メタ)アクリル酸エステルとして、例えば以下のものが挙げられる。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、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート等。なお、(メタ)アクリレートは、アクリレート又はメタクリレートを意味する。上記の内、良好な空孔を形成するためには、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレートを用いるのが好ましい。
多官能重合性単量体は、スチレン100質量部に対して、5質量から100質量部、より好ましくは5質量部から50質量部とすることが好ましい。本範囲内とすることで、後述する多中空粒子の好ましい物性を達成しやすくなる。
また、多官能重合性単量体及びスチレンと共重合可能な「その他の単量体」を、中空粒子の特性を損なわない範囲で添加してもかまわない。その他の単量体としては、前記多孔質粒子で例示した重合性単量体を例示することができる。
本方法で使用するセルロース樹脂としては、例えば以下のものが挙げられる。セルロースアセテート、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルエチルセルロース等。この内、多中空粒子に良好な空孔を形成するにはエチルセルロースが好ましい。
エチルセルロースは、一般に、塩化エチルをアルカリセルロースに反応させて得られるエチルセルロースエーテルである。市販のエチルセルロースは、通常、エトキシル基含有率が44~50質量%である。エチルセルロースの中でも、粘度(質量比でトルエン:エタノール=80:20の混合溶液にエチルセルロースを5質量%溶解したときの粘度)10~200cPのものを好適に用いることができる。更に好ましくは、20~100cPのものを用いるのがよい。本範囲内とすることにより、多中空粒子の粒径制御を容易に行うことが可能になる。なお、粘度は、JIS Z8803に従って、ウベローデ粘度計(毛細管粘度計)によって25℃±0.5℃の温度で測定した値である。
セルロース樹脂は、スチレンと多官能重合性単量体を加えた単量体混合物100質量部に対し、0.5質量部から5質量部の割合で使用され、好ましくは1質量部から3質量部である。本範囲内とすることにより、多中空粒子の粒径制御を容易に行うことが可能になる。
重合開始剤としては、多孔質粒子の製造において例示した化合物を使用することができるが、この中でも、特に、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)が好ましい。重合開始剤の使用割合は、単量体混合物100質量部に対し、0.01質量部から10質量部が好ましく、特に0.1質量部から5.0質量部が好ましい。
また、分散安定剤及び界面活性剤としては、上記多孔質粒子の製造において例示した化合物を使用することができる。分散安定剤または界面活性剤は、得られる多中空粒子の粒径ならびに重合時の溶解液の分散安定性等を考慮して、選択や組み合わせ、添加量等を適宜調整して使用される。一例を挙げれば、分散安定剤の使用量は単量体混合物100質量部に対し0.5質量部から20質量部が好ましく、界面活性剤の使用量は、水性媒体100質量部に対し0.001質量部から0.1質量部が好ましい。
また、水性媒体中での単量体の重合を抑制するために、水性媒体100質量部中に0.01質量部から1質量部程度の水溶性重合禁止剤を加えてもよい。水溶性重合禁止剤としては、特に限定されず公知の禁止剤を使用でき、例えば亜硝酸塩類、ハイドロキノン等を挙げることができる。
重合反応は、単量体混合物からなる液滴を分散させた水性媒体を加熱することにより行われる。重合温度は、通常30℃から100℃、好ましくは40℃から80℃が好ましい。また、この重合温度を保持する時間としては、0.1時間から10時間程度が好ましい。
重合終了後、所望により、分散安定剤を塩酸等により溶解し、多中空粒子を吸引濾過、遠心分離、遠心濾過等の操作により分散媒から分離し、更にイオン交換水等で洗浄を行ってもよい。更に、その後、乾燥、解砕、分級等を行うことで、多中空粒子を得ることができる。
多中空粒子の中に含まれる空孔径は、0.05μm以上、15μm以下であることが好ましい。より好ましくは、0.1μm以上、10μm以下である。本範囲内とすることで、ニップ内放電をより安定して発生させることができる。
多中空粒子の内部における空気を含む領域の割合は、多中空粒子の空気を含む領域を含めた総体積を100%とした場合、10%以上、50%以下とすることが好ましい。本範囲内とすることで、ニップ内放電をより安定して発生させることができる。
〔導電剤〕
本発明の導電性の表面層は、導電性を発現するため、公知の導電剤が含有されている。導電剤としては、前述したイオン導電剤や後述する電子導電剤(以下、「導電性微粒子」という場合がある。)が例示できる。
本発明の導電性の表面層は、導電性を発現するため、公知の導電剤が含有されている。導電剤としては、前述したイオン導電剤や後述する電子導電剤(以下、「導電性微粒子」という場合がある。)が例示できる。
導電性微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。前記金属系の微粒子、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、MTを例示することができる。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、ピッチ系カーボン粒子を例示することができる。
また、これらのイオン導電剤及び導電性微粒子は、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。
表面層中における導電剤の含有量は、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。
導電性微粒子は、その表面を表面処理してもよい。表面処理剤としては、アルコキシシラン、フルオロアルキルシラン、ポリシロキサン等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。
〔表面層の形成方法〕
表面層の形成方法としては、以下の方法を例示することができる。先ず、前述の方法等によって導電性基体の上に、表面に黒鉛粒子及び該黒鉛化粒子から選択されるいずれか一方または両方の粒子の露出部を有する導電性の弾性層を形成する。次いで、この弾性層の表面を、導電性樹脂組成物の層で被覆し、乾燥、硬化、または、架橋等を行う方法である。被覆方法としては、静電スプレー塗布法、ディッピング塗布法、ロール塗布法、所定の膜厚に成膜されたシート形状又はチューブ形状の層を接着又は被覆する方法、型内で弾性層の外周部に導電性樹脂組成物を配置して硬化する方法、等が挙げられる。表面層中の樹脂粒子と弾性層の表面に露出した黒鉛粒子及び/または黒鉛化粒子との位置関係を制御するため、これらの中でも、静電スプレー塗布、ディッピング塗布、ロール塗布等により、表面層を形成する方法を使用することが好ましい。
表面層の形成方法としては、以下の方法を例示することができる。先ず、前述の方法等によって導電性基体の上に、表面に黒鉛粒子及び該黒鉛化粒子から選択されるいずれか一方または両方の粒子の露出部を有する導電性の弾性層を形成する。次いで、この弾性層の表面を、導電性樹脂組成物の層で被覆し、乾燥、硬化、または、架橋等を行う方法である。被覆方法としては、静電スプレー塗布法、ディッピング塗布法、ロール塗布法、所定の膜厚に成膜されたシート形状又はチューブ形状の層を接着又は被覆する方法、型内で弾性層の外周部に導電性樹脂組成物を配置して硬化する方法、等が挙げられる。表面層中の樹脂粒子と弾性層の表面に露出した黒鉛粒子及び/または黒鉛化粒子との位置関係を制御するため、これらの中でも、静電スプレー塗布、ディッピング塗布、ロール塗布等により、表面層を形成する方法を使用することが好ましい。
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、イオン導電剤や導電性微粒子、及び、樹脂粒子を分散した導電性樹脂組成物の塗布液が調製される。さらには、上記位置関係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、更に、弾性層に含有されるエチレンオキサイド由来のユニットを有する重合体と親和性の高い、極性溶剤を使用することが好ましい。
溶剤として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等。
なお、上記塗布液に、バインダー樹脂、導電性微粒子、等を分散する方法としては、ボールミル、サンドミル、ペイントシェーカー、ダイノミル、パールミルの如き溶液分散手段を用いることができる。
上記の手法により表面層を形成した場合、樹脂粒子と弾性層の表面に露出した黒鉛粒子及び/または黒鉛化粒子との位置関係の制御がより容易になる理由を下記に示す。
黒鉛粒子及び/または黒鉛化粒子が露出した弾性層の表面に、上記導電性樹脂組成物の塗布液を上記の方法により塗布すると、まず、溶剤を含有したウェット膜(図4の201)が弾性層2の表面に形成される。上記塗布液中の極性溶剤は、エチレンオキサイド由来のユニットを有する重合体と親和性が高いため、塗布直後から弾性層中に浸透すると考えられる。一方、黒鉛粒子及び/または黒鉛化粒子は、極性溶剤との親和性が低いため、弾性層の黒鉛粒子及び/または黒鉛化粒子の露出面から極性溶剤は浸透されにくい。弾性層の表面における上記溶剤浸透の差により、塗布液は、図4の点線(202)で示すような流れを形成しながら、弾性層の内部に浸透していく。このような塗布液の流れにより、塗布液中に分散されている樹脂粒子は、弾性層の表面に露出している黒鉛粒子及び黒鉛化粒子以外の部分の上方に、確実に配置されることとなる。
本発明において使用される樹脂粒子としては、前述した多孔質粒子または多中空粒子などの内部に空気を含む領域を有するものが好ましい。空気を含む領域を有する樹脂粒子は、中実の樹脂粒子と比較して相対的に比重が小さいため、上記溶剤の流れに従い易く、表面層内における位置制御がより容易になるからである。中でも、多孔質粒子は、樹脂粒子の表面に貫通する多数の細孔を有するため、塗布液との親和性が高く、上記塗布液の流れに、より従いやすいため、好ましい。
なお、本発明に係る樹脂粒子として好適に用い得る多孔質粒子および多中空粒子は、本発明に係る樹脂粒子としての本来の機能、すなわち、帯電部材と電子写真感光体とのニップ内に微小な空隙を形成させるための機能を果たすために必要な剛性を備えていることが前提となる。そのため、多孔質粒子および多中空粒子としては、樹脂粒子の空気を含む領域を含めた総体積を100%とした場合に、空孔部分の全体積が、10%以上、50%以下であるものが好ましい。
また、上述した黒鉛粒子または黒鉛化粒子の黒鉛(002)面の面間隔を、0.3354nm以上、0.3365nm以下とすることは、黒鉛粒子及び黒鉛化粒子に対する極性溶剤の浸透をより確実に抑制できる点からも好ましい。このような黒鉛粒子および黒鉛化粒子の使用によって、表面層内における樹脂粒子の、弾性層中における黒鉛粒子や黒鉛化粒子の露出部分に対する位置の制御をより正確に行うことができる。
さらに、上記位置の制御の精度を向上させるために、弾性層中に含有される「黒鉛粒子及び/または黒鉛化粒子」と、表面層中に含有される「樹脂粒子」との「体積平均粒径の比率(「樹脂粒子」/「黒鉛粒子及び/または黒鉛化粒子」)」及び「含有量の比率(「樹脂粒子」/「黒鉛粒子及び/または黒鉛化粒子」)」を、下記のように調整することが好ましい。体積平均粒径の比率は、0.08以上、35以下、特には、0.1以上、25以下、更には、0.4以上、12以下が好ましい。また、含有量(質量部)の比率は、0.1以上、20以下、特には、0.4以上、15以下、更には、0.7以上、10以下が好ましい。
導電性の表面層の形成方法の具体的な一例を下記に示す。
まず、バインダー樹脂に樹脂粒子以外の分散成分、例えば導電性微粒子等を、直径0.8mmのガラスビーズとともに混合し、ペイントシェーカー分散機を用いて5時間から36時間かけて分散する。次いで、樹脂粒子を添加して分散する。分散時間としては2分間以上、30分間以内が好ましい。ここで、樹脂粒子が粉砕することがないような条件であることが必要である。その後、粘度3~30mPa・s、より好ましくは3~20mPa・sになるように調整して塗布液を得る。次いで、ディッピング等により弾性層の上に、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となるように、表面層を形成することが好ましい。
まず、バインダー樹脂に樹脂粒子以外の分散成分、例えば導電性微粒子等を、直径0.8mmのガラスビーズとともに混合し、ペイントシェーカー分散機を用いて5時間から36時間かけて分散する。次いで、樹脂粒子を添加して分散する。分散時間としては2分間以上、30分間以内が好ましい。ここで、樹脂粒子が粉砕することがないような条件であることが必要である。その後、粘度3~30mPa・s、より好ましくは3~20mPa・sになるように調整して塗布液を得る。次いで、ディッピング等により弾性層の上に、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となるように、表面層を形成することが好ましい。
なお、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、上記塗布液の溶剤量が少ない場合、上記溶剤の流れが発生しにくくなり、上記位置制御が困難になることがある。従って、上記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、0.9000以上、1.000以下がより好ましい。本範囲内とすることで、上記溶剤の流れを発生させやすくなると同時に、上記流れにより樹脂粒子が移動しやすくなるため、樹脂粒子の位置制御をより容易に行いやすくなる。また、樹脂粒子の比重と、上記塗布液の比重の差を、更に小さく制御することは、上記溶剤の流れによる樹脂粒子の移動が容易になり、上記位置制御が容易になるため、更に好ましい。
また、上記塗布液の塗布後は、温度20~50℃程度の環境で、一旦乾燥させることが好ましい。硬化、または、架橋等の処理を行う場合には、上記の乾燥後に行うことが好ましい。塗布液の塗布直後に高温(例えば、溶剤の沸点以上)の温度をかけてしまうと、溶剤の突沸が発生し、前述した溶剤の流れを損なう可能性が高くなるため好ましくない。硬化または架橋処理等に高温を必要とする際には、上記溶剤の流れを損なわないように、硬化処理前に、20~30℃程度の環境で前乾燥を行うことが好ましい。これにより、上記位置制御を確実に行うことが可能になる。
〔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。絶縁性粒子としては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の粒子。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。絶縁性粒子としては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の粒子。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。
表面層には、更に、離型性を向上させるために、離型剤を含有させても良い。表面層に離型剤を含有させることで、帯電部材の表面に汚れが付着することを防ぎ、帯電部材の耐久性を向上させることができる。離型剤が液体の場合は、樹脂層を形成する際にレベリング剤としても作用する。
表面層は、表面処理が施されていてもよい。表面処理としては、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]
本発明に係る導電性の表面層の体積抵抗率は、常温常湿環境において、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。
本発明に係る導電性の表面層の体積抵抗率は、常温常湿環境において、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。
表面層の体積抵抗率は、以下のようにして求められる。まず、帯電部材から、表面層を、縦5mm、横5mm、厚さ1mm程度の切片に切り出す。次いでこの切片の両面に金属を蒸着して測定用サンプルを得る。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形成用の導電性樹脂組成物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体積抵抗率を求める。表面層の体積抵抗率は、前述した導電性微粒子及びイオン導電剤により調整することができる。
また、導電性微粒子は、平均粒径が0.01~0.9μm、特には、0.01~0.5μmであることが好ましい。これにより、表面層の体積抵抗率の制御がより容易になる。
<帯電部材>
本発明に係る帯電部材は、上記導電性基体と導電性の樹脂層及び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詳細に説明する。
本発明に係る帯電部材は、上記導電性基体と導電性の樹脂層及び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、単独でまたは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、電気抵抗値が常温常湿環境中において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6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φ30mm、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、長手方向の中央部が一番太く、長手方向の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(中央部の外径d1と中央部から各90mm離れた位置の外径d2との差の平均値)は、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)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、帯電部材と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。
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以下が好ましく、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、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、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)小坂研究所製)を用いて行なわれる。十点平均表面粗さは、帯電部材について任意の6箇所を測定し、その平均値である。また、平均凹凸間隔は、前記任意の6箇所において、それぞれ10点の凹凸間隔を測定してその平均値を求め、6箇所の各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に設定される。
<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(電子写真感光体)と一体化され、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である。
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(電子写真感光体)と一体化され、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である。
図8は、電子写真感光体、帯電装置、現像装置、及びクリーニング装置等が一体化された、電子写真装置に着脱可能に設計されたプロセスカートリッジである。この帯電装置として本発明に係る帯電部材を用いることができる。
<電子写真装置>
本発明に係る電子写真装置は、本発明に係る帯電部材と、該帯電部材によって帯電可能に配置されている電子写真感光体とを具備している電子写真装置である。
本発明に係る電子写真装置は、本発明に係る帯電部材と、該帯電部材によって帯電可能に配置されている電子写真感光体とを具備している電子写真装置である。
図7は、本発明に係る帯電部材を備える電子写真装置の一例の概略構成を示す図である。電子写真装置は、電子写真感光体、電子写真感光体を帯電する帯電装置、露光を行う潜像形成装置、トナー像に現像する現像装置、転写材に転写する転写装置、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、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さらに詳細に説明する。先ず、実施例に先立って、本発明における各種パラメーターの測定方法、黒鉛粒子及び黒鉛化粒子の製造例1~25、樹脂粒子の製造例1~16、並びに、導電性微粒子の製造例1及び2ついて説明する。尚、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.黒鉛粒子及び黒鉛化粒子の黒鉛(002)面の間隔の測定〕
後述する黒鉛粒子A1乃至A25の面間隔については、試料水平型強力X線回折装置(商品(商品名:RINT/TTR-II;(株)リガク製)を用いて下記条件で測定し、X線回折チャートを得る。また、弾性層に含まれる黒鉛粒子及び黒鉛化粒子については、まず、弾性層から約50mgの黒鉛粒子または黒鉛化粒子を採取する。これを上記の装置を用いてX線回折チャートを得る。
〔1-1.黒鉛粒子及び黒鉛化粒子の黒鉛(002)面の間隔の測定〕
後述する黒鉛粒子A1乃至A25の面間隔については、試料水平型強力X線回折装置(商品(商品名:RINT/TTR-II;(株)リガク製)を用いて下記条件で測定し、X線回折チャートを得る。また、弾性層に含まれる黒鉛粒子及び黒鉛化粒子については、まず、弾性層から約50mgの黒鉛粒子または黒鉛化粒子を採取する。これを上記の装置を用いてX線回折チャートを得る。
X線回折チャートから黒鉛(002)面からの回折線のピーク位置を求め、下記式(1)で示されるブラッグの公式を用いて、黒鉛(002)面の面間隔(黒鉛d(002))を算出する。結果を表1に示す。
式(1) 黒鉛d(002)=λ/(2×sinθ) 。
式(1) 黒鉛d(002)=λ/(2×sinθ) 。
[測定条件]
試料質量 :50mg
線源 :CuKα線(波長λ=0.15418nm)
光学系 :平行ビーム光学系
ゴニオメータ :ローター水平型ゴニオメータ(TTR-2)
管電圧/電流 :50kV/300mA
測定法 :連続法
スキャン軸 :2θ/θ
測定角度 :10°乃至50°
サンプリング間隔 :0.02°
スキャン速度 :4°/min.
発散スリット :開放
発散縦スリット :10mm
散乱スリット :開放
受光スリット :1.00mm。
試料質量 :50mg
線源 :CuKα線(波長λ=0.15418nm)
光学系 :平行ビーム光学系
ゴニオメータ :ローター水平型ゴニオメータ(TTR-2)
管電圧/電流 :50kV/300mA
測定法 :連続法
スキャン軸 :2θ/θ
測定角度 :10°乃至50°
サンプリング間隔 :0.02°
スキャン速度 :4°/min.
発散スリット :開放
発散縦スリット :10mm
散乱スリット :開放
受光スリット :1.00mm。
〔1-2.黒鉛粒子及び黒鉛化粒子のラマンスペクトル半値幅の測定〕
弾性層に含有された粒子については、弾性層から切り取った黒鉛粒子または黒鉛化粒子を測定試料とする。また、黒鉛粒子または黒鉛化粒子そのものについては、そのまま測定試料とする。これらの試料を、ラマン分光器(商品名:LabRAM HR;堀場ジョバンイボン(HORIBA JOBIN YVON)社製)により、下記測定条件にて測定する。本測定において、1570cm-1乃至1630cm-1の領域に存在するピークの1/2に相当する高さにおけるラマンバンドのバンド幅が算出される。
弾性層に含有された粒子については、弾性層から切り取った黒鉛粒子または黒鉛化粒子を測定試料とする。また、黒鉛粒子または黒鉛化粒子そのものについては、そのまま測定試料とする。これらの試料を、ラマン分光器(商品名:LabRAM HR;堀場ジョバンイボン(HORIBA JOBIN YVON)社製)により、下記測定条件にて測定する。本測定において、1570cm-1乃至1630cm-1の領域に存在するピークの1/2に相当する高さにおけるラマンバンドのバンド幅が算出される。
[主な測定条件]
レーザー :He-Neレーザー(ピーク波長632nm)
フィルター :D 0.3、ホール:1000μm、スリット:100μm
中心スペクトル :1500cm-1、測定時間:1秒×16回、
グレーティング :1800、対物レンズ :×50 。
レーザー :He-Neレーザー(ピーク波長632nm)
フィルター :D 0.3、ホール:1000μm、スリット:100μm
中心スペクトル :1500cm-1、測定時間:1秒×16回、
グレーティング :1800、対物レンズ :×50 。
〔1-3.粒子の立体的な粒子形状の測定〕
黒鉛粒子及び黒鉛化粒子A1~A25並びに樹脂粒子B1~B18そのものについては、以下の方法で形状測定を行った。まず、測定対象の各種粒子について、二次凝集した粒子を除いた一次粒子のみを、可視光透過性の硬化性樹脂(商品名:D-800、日新EM(株)製)を用いて包埋処理を行った。粒子が包埋された樹脂硬化物を、20nmずつ集束イオンビーム加工観察装置(商品名:FB-2000C、(株)日立製作所製)を用いて切断し、その断面画像を撮影する。同一粒子について撮影した断面画像を20nm間隔で組み合わせて、測定対象の粒子の「立体的な粒子形状」を算出する。この作業を、任意の粒子100個について行う。
黒鉛粒子及び黒鉛化粒子A1~A25並びに樹脂粒子B1~B18そのものについては、以下の方法で形状測定を行った。まず、測定対象の各種粒子について、二次凝集した粒子を除いた一次粒子のみを、可視光透過性の硬化性樹脂(商品名:D-800、日新EM(株)製)を用いて包埋処理を行った。粒子が包埋された樹脂硬化物を、20nmずつ集束イオンビーム加工観察装置(商品名:FB-2000C、(株)日立製作所製)を用いて切断し、その断面画像を撮影する。同一粒子について撮影した断面画像を20nm間隔で組み合わせて、測定対象の粒子の「立体的な粒子形状」を算出する。この作業を、任意の粒子100個について行う。
また、弾性層または表面層中に含まれる粒子については、測定点として帯電部材の任意の10箇所を選定する。選ばれた1測定点において、長手方向の任意の点を500μmに亘って、表面層から弾性層にわたる周方向500μm、深さ方法500μmの領域を、20nmずつ上記集束イオンビームにて切り出し、その断面画像を撮影する。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、撮影した任意の粒子10個について行う。これらと同様の作業を他の9箇所の測定点において行い、計100個の「立体的な粒子形状」を算出する。
なお、上記断面画像において、樹脂部分は灰色に写り、空気の領域は白色に写るため、樹脂部分と空気部分とを判別可能である。
〔1-4.樹脂粒子の体積平均粒径〕
前記〔1-3〕に記載の方法で得られた「立体的な粒子形状」の粒子について、空気を含む領域を含めた総体積を算出し、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個の平均粒径を算出し、これを粒子の「体積平均粒径dv」とする。
前記〔1-3〕に記載の方法で得られた「立体的な粒子形状」の粒子について、空気を含む領域を含めた総体積を算出し、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個の平均粒径を算出し、これを粒子の「体積平均粒径dv」とする。
〔1-5.樹脂粒子の内部における空気を含む領域の割合〕
前記〔1-3〕に記載の方法で得られた「立体的な粒子形状」の算出に用いた複数枚の断面画像から、空気を含む領域を算出し、空気を含む領域の体積が、前記樹脂粒子の空気を含む領域と樹脂からなる領域との総体積に占める割合を算出する。その平均値を樹脂粒子の空気を含む領域の割合とする。
前記〔1-3〕に記載の方法で得られた「立体的な粒子形状」の算出に用いた複数枚の断面画像から、空気を含む領域を算出し、空気を含む領域の体積が、前記樹脂粒子の空気を含む領域と樹脂からなる領域との総体積に占める割合を算出する。その平均値を樹脂粒子の空気を含む領域の割合とする。
〔1-6.樹脂粒子の中空径〕
前記〔1-3〕に記載の方法で得られた「立体的な粒子形状」から、空気を含む領域のうち、樹脂粒子の表面に貫通していない部分(中空部)のランダムに選択した10箇所について、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個の平均径を算出する。これを樹脂粒子の中空径dHとする。
前記〔1-3〕に記載の方法で得られた「立体的な粒子形状」から、空気を含む領域のうち、樹脂粒子の表面に貫通していない部分(中空部)のランダムに選択した10箇所について、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個の平均径を算出する。これを樹脂粒子の中空径dHとする。
〔1-7.樹脂粒子の細孔径〕
前記〔1-3〕に記載の方法で得られた「立体的な粒子形状」から、空気を含む領域のうち、樹脂粒子の表面に貫通している部分(細孔部)のランダムに選択した10箇所に関して、断面画像を撮影する。この断面画像から、細孔部の断面積を算出し、この面積に等しい面積をもつ円の直径を求める。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個の平均径を算出する。これを樹脂粒子の細孔径dPとする。
前記〔1-3〕に記載の方法で得られた「立体的な粒子形状」から、空気を含む領域のうち、樹脂粒子の表面に貫通している部分(細孔部)のランダムに選択した10箇所に関して、断面画像を撮影する。この断面画像から、細孔部の断面積を算出し、この面積に等しい面積をもつ円の直径を求める。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個の平均径を算出する。これを樹脂粒子の細孔径dPとする。
〔1-8.黒鉛粒子及び黒鉛化粒子の体積平均粒径Dv〕
弾性層から露出している黒鉛粒子及び黒鉛化粒子を除いた粒子(即ち弾性層中に存在する粒子)について、前記〔1-3〕に記載の方法によって、「立体的な粒子形状」を算出する。得られた100個の平均値を体積平均粒径Dvとする。
弾性層から露出している黒鉛粒子及び黒鉛化粒子を除いた粒子(即ち弾性層中に存在する粒子)について、前記〔1-3〕に記載の方法によって、「立体的な粒子形状」を算出する。得られた100個の平均値を体積平均粒径Dvとする。
〔1-9.黒鉛粒子及び黒鉛化粒子の長径DL/短径DSの比〕弾性層から露出している 黒鉛粒子及び黒鉛化粒子を除いた粒子(即ち弾性層中に存在する粒子)について、前記〔1-3〕に記載の方法によって、「立体的な粒子形状」を算出する。この「立体的な粒子形状」から各粒子の最大径/最小径を測定し、100個の粒子の平均値を長径/短径の比(DL/DS比)とする。
〔1-10.樹脂粒子と弾性層表面の黒鉛粒子及び黒鉛化粒子との位置関係の確認〕
前記〔1-3〕に記載の方法によって、弾性層から露出している黒鉛粒子及び黒鉛化粒子の立体的な粒子形状を算出し、同時に算出した上記樹脂粒子の立体的な粒子形状を弾性層の表面に正投影する。この操作を帯電部材の任意の10箇所において行い、上記位置関係を確認する。
前記〔1-3〕に記載の方法によって、弾性層から露出している黒鉛粒子及び黒鉛化粒子の立体的な粒子形状を算出し、同時に算出した上記樹脂粒子の立体的な粒子形状を弾性層の表面に正投影する。この操作を帯電部材の任意の10箇所において行い、上記位置関係を確認する。
<2.黒鉛粒子及び黒鉛化粒子の製造例>
〔製造例A1〕 黒鉛粒子A1の作製
燐片状黒鉛粒子(伊藤黒鉛工業(株)製:CPN35(商品名))を平均粒径6μmになるように粉砕した後、分級して黒鉛粒子A1を得た。
〔製造例A1〕 黒鉛粒子A1の作製
燐片状黒鉛粒子(伊藤黒鉛工業(株)製:CPN35(商品名))を平均粒径6μmになるように粉砕した後、分級して黒鉛粒子A1を得た。
〔製造例A2及びA6〕 黒鉛粒子A2及びA6の作製
平均粒径が3μmまたは2μmになるように粉砕した後、分級した以外は、製造例A1と同様にして、黒鉛粒子A2及びA6を得た。
平均粒径が3μmまたは2μmになるように粉砕した後、分級した以外は、製造例A1と同様にして、黒鉛粒子A2及びA6を得た。
〔製造例A3〕 黒鉛粒子A3の作製
燐片状黒鉛粒子(伊藤黒鉛工業(株)製:X-100(商品名))を平均粒径10μmになるように粉砕した後、分級して黒鉛粒子A3を得た。
燐片状黒鉛粒子(伊藤黒鉛工業(株)製:X-100(商品名))を平均粒径10μmになるように粉砕した後、分級して黒鉛粒子A3を得た。
〔製造例A4及びA5〕 黒鉛粒子A4及びA5の作製
燐片状黒鉛粒子(伊藤黒鉛工業(株)製:Z-50(商品名))を、平均粒径10μmまたは40μmになるように粉砕した後、分級して黒鉛粒子A4及びA5を得た。
燐片状黒鉛粒子(伊藤黒鉛工業(株)製:Z-50(商品名))を、平均粒径10μmまたは40μmになるように粉砕した後、分級して黒鉛粒子A4及びA5を得た。
〔製造例A7〕 黒鉛粒子A7の作製
燐片状黒鉛粒子(伊藤黒鉛工業(株)製:XD-100(商品名))を、平均粒径70μmになるように粉砕した後、分級して黒鉛粒子A7を得た。
燐片状黒鉛粒子(伊藤黒鉛工業(株)製:XD-100(商品名))を、平均粒径70μmになるように粉砕した後、分級して黒鉛粒子A7を得た。
〔製造例A8及びA9〕 黒鉛化粒子A8及びA9の作製
石炭系重質油を熱処理し、生成した粗メソカーボンマイクロビーズを遠心分離し、ベンゼンで洗浄精製して乾燥した。続いて、アトマイザーミルにて機械的に分散を行い、メソカーボンマイクロビーズを得た。このメソカーボンマイクロビーズを窒素雰囲気下にて、昇温速度600℃/hで1200℃まで昇温して炭化させ、続いて、アトマイザーミルにて2次分散を行った。その際、平均粒径が3μm程度になるように調整した。得られた分散物を窒素雰囲気下にて、昇温速度1000℃/hで3500℃まで昇温し、3500℃で15分間加熱処理を施した。更に、分級処理を行い、黒鉛化粒子A8を得た。その後、黒鉛化粒子A8を、更に粉砕した後、分級処理を行い、黒鉛化粒子A9を得た。
石炭系重質油を熱処理し、生成した粗メソカーボンマイクロビーズを遠心分離し、ベンゼンで洗浄精製して乾燥した。続いて、アトマイザーミルにて機械的に分散を行い、メソカーボンマイクロビーズを得た。このメソカーボンマイクロビーズを窒素雰囲気下にて、昇温速度600℃/hで1200℃まで昇温して炭化させ、続いて、アトマイザーミルにて2次分散を行った。その際、平均粒径が3μm程度になるように調整した。得られた分散物を窒素雰囲気下にて、昇温速度1000℃/hで3500℃まで昇温し、3500℃で15分間加熱処理を施した。更に、分級処理を行い、黒鉛化粒子A8を得た。その後、黒鉛化粒子A8を、更に粉砕した後、分級処理を行い、黒鉛化粒子A9を得た。
〔製造例A10~A12〕 黒鉛化粒子A10からA12の作製
製造例A8において、アトマイザーミルにて2次分散の際、平均粒径が50μm程度になるように調整した。得られた分散物を窒素雰囲気下にて、昇温速度1000℃/hで3000℃まで昇温し、3000℃で15分間加熱処理を施した。更に、分級処理を行い、黒鉛粒子A10を得た。その後、黒鉛化粒子A10を更に粉砕した後、分級処理を行い、黒鉛化粒子A11及びA12を得た。
製造例A8において、アトマイザーミルにて2次分散の際、平均粒径が50μm程度になるように調整した。得られた分散物を窒素雰囲気下にて、昇温速度1000℃/hで3000℃まで昇温し、3000℃で15分間加熱処理を施した。更に、分級処理を行い、黒鉛粒子A10を得た。その後、黒鉛化粒子A10を更に粉砕した後、分級処理を行い、黒鉛化粒子A11及びA12を得た。
〔製造例A13~A15〕 黒鉛化粒子A13からA15の作製
コールタールピッチから溶剤分別により、β-レジンを抽出し、これを水素添加により重量化処理を行った。続いて、トルエンにより溶剤可溶分を除去して、バルクメソフェーズピッチを得た。このバルクメソフェーズピッチを機械粉砕した後、空気中で、昇温速度300℃/hで270℃まで昇温し、酸化処理を施した。粉砕は、平均粒径が50μm程度になるようにした。続いて、窒素雰囲気下にて、昇温速度1500℃/hで3000℃まで昇温し、3000℃で15分間加熱処理を施した。更に、分級処理を行い、黒鉛粒子A13を得た。その後、黒鉛化粒子A13を更に粉砕した後、分級処理を行い、黒鉛化粒子A14及びA15を得た。
コールタールピッチから溶剤分別により、β-レジンを抽出し、これを水素添加により重量化処理を行った。続いて、トルエンにより溶剤可溶分を除去して、バルクメソフェーズピッチを得た。このバルクメソフェーズピッチを機械粉砕した後、空気中で、昇温速度300℃/hで270℃まで昇温し、酸化処理を施した。粉砕は、平均粒径が50μm程度になるようにした。続いて、窒素雰囲気下にて、昇温速度1500℃/hで3000℃まで昇温し、3000℃で15分間加熱処理を施した。更に、分級処理を行い、黒鉛粒子A13を得た。その後、黒鉛化粒子A13を更に粉砕した後、分級処理を行い、黒鉛化粒子A14及びA15を得た。
〔製造例A16及びA17〕 黒鉛化粒子A16及びA17の作製
燐片状黒鉛粒子(伊藤黒鉛工業(株)製:AGB-604(商品名))を、平均粒径40μm及び50μmになるように粉砕した後、分級して黒鉛化粒子A16及びA17を得た。
燐片状黒鉛粒子(伊藤黒鉛工業(株)製:AGB-604(商品名))を、平均粒径40μm及び50μmになるように粉砕した後、分級して黒鉛化粒子A16及びA17を得た。
〔製造例A18~A20〕 黒鉛化粒子A18からA20の作製
製造例A10において、アトマイザーミルにて2次分散の際、平均粒径が100μm程度になるように調整した。得られた分散物を窒素雰囲気下にて、昇温速度1000℃/hで2000℃まで昇温し、2000℃で15分間加熱処理を施した。更に、分級処理を行い、黒鉛化粒子A18を得た。その後、黒鉛化粒子A18を更に粉砕し、分級処理を行って黒鉛化粒子A19及びA20を得た。
製造例A10において、アトマイザーミルにて2次分散の際、平均粒径が100μm程度になるように調整した。得られた分散物を窒素雰囲気下にて、昇温速度1000℃/hで2000℃まで昇温し、2000℃で15分間加熱処理を施した。更に、分級処理を行い、黒鉛化粒子A18を得た。その後、黒鉛化粒子A18を更に粉砕し、分級処理を行って黒鉛化粒子A19及びA20を得た。
〔製造例A21〕 黒鉛化粒子A21の作製
コールタールを蒸留して沸点270℃以下の軽油分を除去し、このタール分100質量部に対して、アセトンを85質量部混合し、室温で撹拌した後、発生した不溶分を濾過により除去した。濾液の蒸留により、アセトンを分離し、精製タールを得た。得られた精製タール100質量部に対し、濃硝酸を10質量部添加し、減圧蒸留釜内にて、350℃にて1時間、重縮合処理を行い、更に、480℃で4時間加熱を行った。これを、冷却後取り出して、機械粉砕した後、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/hで1000℃まで昇温し、1000℃で10時間加熱処理(1次加熱処理)を施した。粉砕の際には、平均粒径が3μm程度になるように調整した。続いて、窒素雰囲気下にて、昇温速度10℃/hで3000℃まで昇温し、3000℃で1時間加熱処理(2次加熱処理)を施した。更に、分級処理を行い、黒鉛化粒子A21を得た。
コールタールを蒸留して沸点270℃以下の軽油分を除去し、このタール分100質量部に対して、アセトンを85質量部混合し、室温で撹拌した後、発生した不溶分を濾過により除去した。濾液の蒸留により、アセトンを分離し、精製タールを得た。得られた精製タール100質量部に対し、濃硝酸を10質量部添加し、減圧蒸留釜内にて、350℃にて1時間、重縮合処理を行い、更に、480℃で4時間加熱を行った。これを、冷却後取り出して、機械粉砕した後、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/hで1000℃まで昇温し、1000℃で10時間加熱処理(1次加熱処理)を施した。粉砕の際には、平均粒径が3μm程度になるように調整した。続いて、窒素雰囲気下にて、昇温速度10℃/hで3000℃まで昇温し、3000℃で1時間加熱処理(2次加熱処理)を施した。更に、分級処理を行い、黒鉛化粒子A21を得た。
〔製造例A22〕 黒鉛化粒子A22の作製
平均粒径2.3μmのフェノール樹脂粒子を酸化性雰囲気下に300℃で1時間熱安定化処理した後、1100℃/hで2200℃まで昇温し、2200℃で10分間加熱処理を施した。更に、分級処理を行い、黒鉛化粒子A22を得た。
平均粒径2.3μmのフェノール樹脂粒子を酸化性雰囲気下に300℃で1時間熱安定化処理した後、1100℃/hで2200℃まで昇温し、2200℃で10分間加熱処理を施した。更に、分級処理を行い、黒鉛化粒子A22を得た。
〔製造例A23〕 黒鉛化粒子A23の作製
フェノール樹脂粒子の平均粒径を70μmに変更した以外は、製造例A22と同様にして、黒鉛化粒子A23を得た。
フェノール樹脂粒子の平均粒径を70μmに変更した以外は、製造例A22と同様にして、黒鉛化粒子A23を得た。
〔製造例A24〕 黒鉛化粒子A24の作製
フェノール樹脂粒子の平均粒径を96μmの粒子に変更し、加熱処理条件を、750℃/hで1500℃までの昇温、1500℃で10分間加熱とし、更に分級条件を変更した。これら以外は、製造例A23と同様にして、黒鉛化粒子A24を得た。
フェノール樹脂粒子の平均粒径を96μmの粒子に変更し、加熱処理条件を、750℃/hで1500℃までの昇温、1500℃で10分間加熱とし、更に分級条件を変更した。これら以外は、製造例A23と同様にして、黒鉛化粒子A24を得た。
〔製造例A25〕 黒鉛化粒子A25の作製
フェノール樹脂粒子の平均粒径を83μmの粒子に変更し、加熱処理条件を、500℃/hで1000℃までの昇温、1000℃で2分間加熱とし、更に分級条件を変更した。これら以外は、製造例A24と同様にして、黒鉛化粒子A25を得た。
フェノール樹脂粒子の平均粒径を83μmの粒子に変更し、加熱処理条件を、500℃/hで1000℃までの昇温、1000℃で2分間加熱とし、更に分級条件を変更した。これら以外は、製造例A24と同様にして、黒鉛化粒子A25を得た。
〔黒鉛粒子及び黒鉛化粒子の特性評価〕
前記の各製造例において得られた黒鉛粒子及び黒鉛化粒子A1~A25のそれぞれについて、体積平均粒径、長径/短径の比、黒鉛(002)面の面間隔、ラマンスペクトルの半値幅について測定した。結果を表1に示す。
前記の各製造例において得られた黒鉛粒子及び黒鉛化粒子A1~A25のそれぞれについて、体積平均粒径、長径/短径の比、黒鉛(002)面の面間隔、ラマンスペクトルの半値幅について測定した。結果を表1に示す。
<3.樹脂粒子の製造例>
〔製造例B1〕 樹脂粒子B1の作製
脱イオン水400質量部に、第三リン酸カルシウム8質量部を添加し、水性媒体を調製した。次いで、メチルメタクリレート20質量部、1,6-へキサンジオールメタクリレート10質量部、n-へキサン75質量部、及び過酸化ベンゾイル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3000rpmにて水性媒体中に分散させた。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、多孔質樹脂粒子とn-へキサン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B1〕 樹脂粒子B1の作製
脱イオン水400質量部に、第三リン酸カルシウム8質量部を添加し、水性媒体を調製した。次いで、メチルメタクリレート20質量部、1,6-へキサンジオールメタクリレート10質量部、n-へキサン75質量部、及び過酸化ベンゾイル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3000rpmにて水性媒体中に分散させた。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、多孔質樹脂粒子とn-へキサン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n-へキサンを除去し、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B1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B1は、30nmから50nm程度の多数の細孔を内部に有する多孔質粒子であった。
〔製造例B2~B4〕 樹脂粒子B2、B3及びB4の作製
ホモミキサーの回転数をそれぞれ、4500rpm、5000rpm、2500rpmに変更した以外は、製造例B1と同様にして、樹脂粒子B2、B3、及び、B4を得た。いずれの樹脂粒子も樹脂粒子B1と同様に、多孔質粒子であった。
ホモミキサーの回転数をそれぞれ、4500rpm、5000rpm、2500rpmに変更した以外は、製造例B1と同様にして、樹脂粒子B2、B3、及び、B4を得た。いずれの樹脂粒子も樹脂粒子B1と同様に、多孔質粒子であった。
〔製造例B5〕 樹脂粒子B5の作製
脱イオン水300質量部に、第三リン酸カルシウム10.5量部、及び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、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5質量部、及び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4000rpmにて水性媒体中に分散させた。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35.2μmの樹脂粒子B5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B5は、粒子内部に複数の中空部を有する多中空粒子であった。なお、中空部の体積平均粒径は、3.5μm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、及び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、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5質量部、及び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4000rpmにて水性媒体中に分散させた。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35.2μmの樹脂粒子B5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B5は、粒子内部に複数の中空部を有する多中空粒子であった。なお、中空部の体積平均粒径は、3.5μmであった。
〔製造例B6、B11、B14及びB15〕 樹脂粒子B6、B11、B14及びB15の作製
ホモミキサーの回転数をそれぞれ、3500rpm、2700rpm、3000rpm、及び2500rpmに変更した以外は、製造例B5と同様にして、樹脂粒子B6、B11、B14及びB15を得た。いずれの樹脂粒子も樹脂粒子B5と同様に、多中空粒子であった。
ホモミキサーの回転数をそれぞれ、3500rpm、2700rpm、3000rpm、及び2500rpmに変更した以外は、製造例B5と同様にして、樹脂粒子B6、B11、B14及びB15を得た。いずれの樹脂粒子も樹脂粒子B5と同様に、多中空粒子であった。
〔製造例B7〕 樹脂粒子B7の作製
脱イオン水400質量部に、ポリビニルアルコール(鹸化度85%)8質量部を添加し、水性媒体を調製した。次いで、メチルメタクリレート6.5質量部、スチレン6.5質量部、ジビニルペンゼン9質量部、n-へキサン85質量部、及び過酸化ラウロイル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にて水性媒体中に分散させた。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、多孔質樹脂粒子とn-へキサンを含む水性懸濁液を得た。この後、製造例B1と同様にして、樹脂粒子B7を得た。この樹脂粒子は、樹脂粒子B1と同様に、多孔質粒子であった。
脱イオン水400質量部に、ポリビニルアルコール(鹸化度85%)8質量部を添加し、水性媒体を調製した。次いで、メチルメタクリレート6.5質量部、スチレン6.5質量部、ジビニルペンゼン9質量部、n-へキサン85質量部、及び過酸化ラウロイル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にて水性媒体中に分散させた。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、多孔質樹脂粒子とn-へキサンを含む水性懸濁液を得た。この後、製造例B1と同様にして、樹脂粒子B7を得た。この樹脂粒子は、樹脂粒子B1と同様に、多孔質粒子であった。
〔製造例B8〕 樹脂粒子B8の作製
ホモミキサーの回転数を1800rpmに変更した以外は、製造例B7と同様にして、樹脂粒子B8を得た。この樹脂粒子は、樹脂粒子B1と同様に、多孔質粒子であった。
ホモミキサーの回転数を1800rpmに変更した以外は、製造例B7と同様にして、樹脂粒子B8を得た。この樹脂粒子は、樹脂粒子B1と同様に、多孔質粒子であった。
〔製造例B9〕 樹脂粒子B9の作製
脱イオン水400質量部に、第三リン酸カルシウム8質量部を添加し、水性媒体を調製した。次いで、メチルメタクリレート33質量部、1,6-へキサンジオールメタクリレート17質量部、n-へキサン50質量部、及び過酸化ベンゾイル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4800rpmにて水性媒体中に分散させた。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、多孔質樹脂粒子とn-へキサンを含む水性懸濁液を得た。この水性懸濁液に、ラウリル硫酸ナトリウム0.2質量部を加え、ラウリル硫酸ナトリウムの濃度を水に対し、0.05質量%に調整した。この後、製造例B1と同様にして、樹脂粒子B9を得た。この樹脂粒子は、樹脂粒子B1と同様に、多孔質粒子であった。
脱イオン水400質量部に、第三リン酸カルシウム8質量部を添加し、水性媒体を調製した。次いで、メチルメタクリレート33質量部、1,6-へキサンジオールメタクリレート17質量部、n-へキサン50質量部、及び過酸化ベンゾイル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4800rpmにて水性媒体中に分散させた。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、多孔質樹脂粒子とn-へキサンを含む水性懸濁液を得た。この水性懸濁液に、ラウリル硫酸ナトリウム0.2質量部を加え、ラウリル硫酸ナトリウムの濃度を水に対し、0.05質量%に調整した。この後、製造例B1と同様にして、樹脂粒子B9を得た。この樹脂粒子は、樹脂粒子B1と同様に、多孔質粒子であった。
〔製造例B10及びB12〕 樹脂粒子B10及びB12の作製
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(株)製)を分級処理し、体積平均粒径がそれぞれ、18.2μm、及び12.5μmの樹脂粒子B10及びB12を得た。本製造例の樹脂粒子は、内部に空孔を有していなかった。
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(株)製)を分級処理し、体積平均粒径がそれぞれ、18.2μm、及び12.5μmの樹脂粒子B10及びB12を得た。本製造例の樹脂粒子は、内部に空孔を有していなかった。
〔製造例B13〕 樹脂粒子B13の作製
ホモミキサーの回転数を1500rpmに変更した以外は、製造例B8と同様にして、樹脂粒子B13を得た。樹脂粒子B1と同様に、多孔質粒子であった。
ホモミキサーの回転数を1500rpmに変更した以外は、製造例B8と同様にして、樹脂粒子B13を得た。樹脂粒子B1と同様に、多孔質粒子であった。
〔製造例B16〕 樹脂粒子B16の作製
ホモミキサーの回転数を5000rpmに変更した以外は、製造例B9と同様にして、樹脂粒子B16を得た。この樹脂粒子は、樹脂粒子B1と同様に、多孔質粒子であった。
ホモミキサーの回転数を5000rpmに変更した以外は、製造例B9と同様にして、樹脂粒子B16を得た。この樹脂粒子は、樹脂粒子B1と同様に、多孔質粒子であった。
〔樹脂粒子の特性評価〕
前記の各製造例において得られた樹脂粒子B1~B16のそれぞれについて、体積平均粒径、粒子の形状、中空部の平均径(樹脂粒子の中空径dH)、中空部の数(複数か否か)、細孔部の平均径(樹脂粒子の細孔径dP)、及び粒子中における空気を含む領域の割合を測定した。結果を表2に示す。
前記の各製造例において得られた樹脂粒子B1~B16のそれぞれについて、体積平均粒径、粒子の形状、中空部の平均径(樹脂粒子の中空径dH)、中空部の数(複数か否か)、細孔部の平均径(樹脂粒子の細孔径dP)、及び粒子中における空気を含む領域の割合を測定した。結果を表2に示す。
<4.導電性微粒子の製造例>
〔製造例C1〕 複合導電性微粒子の作製
シリカ粒子(平均粒径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分間混合撹拌を行った。この時の撹拌速度は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分間混合撹拌を行った。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され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。この時の撹拌速度は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C1〕 複合導電性微粒子の作製
シリカ粒子(平均粒径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分間混合撹拌を行った。この時の撹拌速度は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分間混合撹拌を行った。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され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。この時の撹拌速度は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C2〕 表面処理酸化チタン粒子の作製
針状ルチル型酸化チタン粒子(平均粒径15nm、縦:横=3:1、体積抵抗率2.3×1010Ω・cm)1000gに、表面処理剤としてイソブチルトリメトキシシラン110g及び溶媒としてトルエン3000gを配合してスラリーを調製した。このスラリーを、撹拌機で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。
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、撹拌機で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-AGC三元共重合体、EO/EP/AGE=73mol%/23mol%/4mol%)100質量部に対し下記表3に示す他の8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-AGC三元共重合体、EO/EP/AGE=73mol%/23mol%/4mol%)100質量部に対し下記表3に示す他の8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226mm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製した。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Φ9mm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、導電性の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。この弾性ローラの表面を切り出し、電子顕微鏡で観察したところ、黒鉛粒子A1の露出部が観察できた。
〔4.表面層用の塗布液の作製〕
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。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のガラス瓶中に上記混合溶液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20時間分散した。分散後、樹脂粒子B1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B1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、0.9260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。
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。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のガラス瓶中に上記混合溶液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20時間分散した。分散後、樹脂粒子B1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B1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、0.9260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、熱風循環乾燥機にて温度80℃で1時間、更に温度160℃で1時間乾燥して塗膜を硬化させて、弾性層の外周部に表面層が形成された帯電ローラ1を得た。表面層の膜厚は、5.6μm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、熱風循環乾燥機にて温度80℃で1時間、更に温度160℃で1時間乾燥して塗膜を硬化させて、弾性層の外周部に表面層が形成された帯電ローラ1を得た。表面層の膜厚は、5.6μm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.黒鉛(002)面の面間隔、ラマンスペクトル半値幅の測定〕
前述した方法により、弾性層に含まれる黒鉛粒子の黒鉛(002)面の面間隔、及び、ラマンスペクトル半値幅を測定した。結果を表10に示す。
前述した方法により、弾性層に含まれる黒鉛粒子の黒鉛(002)面の面間隔、及び、ラマンスペクトル半値幅を測定した。結果を表10に示す。
〔7.各層に含まれる粒子の各種特性値の測定〕
前述した方法により、黒鉛粒子の体積平均粒径、黒鉛粒子の長径/短径の比、樹脂粒子の体積平均粒径、樹脂粒子の形状、空気を含む領域の割合(空孔率)を測定した。また、この測定結果より体積平均粒径の比率(樹脂粒子/黒鉛粒子)を算出した。測定結果を表10に示す。また、両粒子の含有量(質量部)の比率(樹脂粒子/黒鉛粒子)を表10に示す。
前述した方法により、黒鉛粒子の体積平均粒径、黒鉛粒子の長径/短径の比、樹脂粒子の体積平均粒径、樹脂粒子の形状、空気を含む領域の割合(空孔率)を測定した。また、この測定結果より体積平均粒径の比率(樹脂粒子/黒鉛粒子)を算出した。測定結果を表10に示す。また、両粒子の含有量(質量部)の比率(樹脂粒子/黒鉛粒子)を表10に示す。
〔8.樹脂粒子B1と弾性層の表面の黒鉛粒子A1との位置関係〕
前述した方法により、樹脂粒子B1の立体的な粒子形状を弾性層の表面に正投影して位置関係を確認した。本実施例においては、表面層中の樹脂粒子B1の投影部以外の部分が、黒鉛粒子A1の露出部と重なっていた。
前述した方法により、樹脂粒子B1の立体的な粒子形状を弾性層の表面に正投影して位置関係を確認した。本実施例においては、表面層中の樹脂粒子B1の投影部以外の部分が、黒鉛粒子A1の露出部と重なっていた。
〔9.画像評価〕
図7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、プロセススピードを204mm/sに改造した。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、交流電圧として、ピークピーク電圧(Vpp)は1400V、周波数(f)は1250Hz、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7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、プロセススピードを204mm/sに改造した。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、交流電圧として、ピークピーク電圧(Vpp)は1400V、周波数(f)は1250Hz、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。
上記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9に示すように、この帯電ローラは、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。
帯電ローラを、上記プロセスカートリッジにセットし、このプロセスカートリッジを環境1(温度15℃、相対湿度10%の環境)、環境2(温度23℃、相対湿度50%の環境)及び環境3(温度32.5℃、相対湿度80%の環境)の各環境に24時間馴染ませた後、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。10千枚の出力は、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10千枚出力後に、それぞれ、ハーフトーン画像を1枚出力した。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3ドットの横線を描く画像である。こうして得た4枚のハーフトーン画像(以降、「ハーフトーン画像No.1~4」という。)を目視にて観察し、モアレ画像のランクを、下記基準に基づき判定した。本実施例の帯電部材においては、モアレ画像が発生せず、良好な画像が得られた。評価結果を表11に示す。
ランク1;モアレ画像は発生しない。
ランク2;軽微なモアレ画像が認められるのみである。
ランク3;一部に、モアレ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;モアレ画像が目立ち、画質の低下が認められる。
ランク1;モアレ画像は発生しない。
ランク2;軽微なモアレ画像が認められるのみである。
ランク3;一部に、モアレ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;モアレ画像が目立ち、画質の低下が認められる。
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、上記モアレ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。
〔10.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5で示すように、上記ガラス板301の表面側から、帯電ローラを、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製し、更に、ガラス板を上記耐久装置と同様のスピード(204mm/s)で走査できるようにした。上記ガラス板を電子写真感光体に見立て、当接部下側(ガラス板表面と反対側)から高速ゲートI.IユニットC9547-02(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、(株)フォトロン製)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。
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5で示すように、上記ガラス板301の表面側から、帯電ローラを、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製し、更に、ガラス板を上記耐久装置と同様のスピード(204mm/s)で走査できるようにした。上記ガラス板を電子写真感光体に見立て、当接部下側(ガラス板表面と反対側)から高速ゲートI.IユニットC9547-02(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、(株)フォトロン製)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。評価結果を表11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、帯電ローラの表面へのトナー等の固着が最も促進されにくく、帯電ローラの電気抵抗値の上昇と、ニップ内放電強度との関係を、最も確認しやすい環境であるためである。
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;耐久後において、ニップ内放電がほとんど発生していない。
〔11.帯電ローラの電気抵抗値の測定〕
前述した方法により、上記耐久評価前と評価後において、帯電ローラ1の電気抵抗値を測定した。結果を表11に示す。
前述した方法により、上記耐久評価前と評価後において、帯電ローラ1の電気抵抗値を測定した。結果を表11に示す。
<実施例2~12>
導電性ゴム組成物の作製時の黒鉛粒子または黒鉛化粒子の種類と質量部、並びに、表面層用の塗布液の作製時の樹脂粒子の種類と質量部を、それぞれ表9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、帯電ローラ2~12を得た。
導電性ゴム組成物の作製時の黒鉛粒子または黒鉛化粒子の種類と質量部、並びに、表面層用の塗布液の作製時の樹脂粒子の種類と質量部を、それぞれ表9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、帯電ローラ2~12を得た。
<実施例13>
〔1.弾性ローラの作製〕
導電性ゴム組成物の作製時の黒鉛化粒子の種類と質量部を表9に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして弾性ローラを得た。
〔1.弾性ローラの作製〕
導電性ゴム組成物の作製時の黒鉛化粒子の種類と質量部を表9に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして弾性ローラを得た。
〔2.表面層用の塗布液の作製〕
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、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のガラス瓶中に上記混合溶液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24時間分散した。分散後、樹脂粒子B5を3.3g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B5が20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、0.9190であった。
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、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のガラス瓶中に上記混合溶液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24時間分散した。分散後、樹脂粒子B5を3.3g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B5が20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、0.9190であった。
〔3.表面層の形成〕
次いで、実施例1と同様にして、前記弾性ローラを前記塗布液中に浸漬してディッピング法で塗工し、塗膜を硬化させて、弾性層の外周部に表面層が形成された帯電ローラ13を得た。
次いで、実施例1と同様にして、前記弾性ローラを前記塗布液中に浸漬してディッピング法で塗工し、塗膜を硬化させて、弾性層の外周部に表面層が形成された帯電ローラ13を得た。
<実施例14>
導電性ゴム組成物の作製時の黒鉛化粒子の種類と質量部、並びに、表面層用の塗布液の作製時の樹脂粒子の種類と質量部を表9に示すように変更したこと以外は、実施例13と同様にして帯電ローラ14を得た。
導電性ゴム組成物の作製時の黒鉛化粒子の種類と質量部、並びに、表面層用の塗布液の作製時の樹脂粒子の種類と質量部を表9に示すように変更したこと以外は、実施例13と同様にして帯電ローラ14を得た。
<実施例15>
導電性ゴム組成物の作製において、黒鉛粒子A1を7質量部と黒鉛化粒子A10を8質量部の2種類を使用したこと、並びに、表面層用の塗布液の作製時の樹脂粒子の種類と質量部を表9に示すように変更したこと以外は、実施例14と同様にして帯電ローラ15を得た。
導電性ゴム組成物の作製において、黒鉛粒子A1を7質量部と黒鉛化粒子A10を8質量部の2種類を使用したこと、並びに、表面層用の塗布液の作製時の樹脂粒子の種類と質量部を表9に示すように変更したこと以外は、実施例14と同様にして帯電ローラ15を得た。
<実施例16~24、及び26>
導電性ゴム組成物の作製時の黒鉛粒子または黒鉛化粒子の種類と質量部、並びに、表面層用の塗布液の作製時の樹脂粒子の種類と質量部を、それぞれ表9に示すように変更したこと以外は、実施例15と同様にして、帯電ローラ16~24、及び26を得た。
導電性ゴム組成物の作製時の黒鉛粒子または黒鉛化粒子の種類と質量部、並びに、表面層用の塗布液の作製時の樹脂粒子の種類と質量部を、それぞれ表9に示すように変更したこと以外は、実施例15と同様にして、帯電ローラ16~24、及び26を得た。
<実施例25>
導電性ゴム組成物の作製において、黒鉛粒子A7を4質量部と黒鉛化粒子A20を4質量部の2種類を使用したこと、並びに、表面層用の塗布液の作製において、樹脂粒子B8を5質量部と樹脂粒子B11を5質量部の2種類を使用したこと以外は、実施例14と同様にして帯電ローラ25を得た。
導電性ゴム組成物の作製において、黒鉛粒子A7を4質量部と黒鉛化粒子A20を4質量部の2種類を使用したこと、並びに、表面層用の塗布液の作製において、樹脂粒子B8を5質量部と樹脂粒子B11を5質量部の2種類を使用したこと以外は、実施例14と同様にして帯電ローラ25を得た。
<実施例27>
〔1.弾性ローラの作製〕
導電性ゴム組成物の作製時の黒鉛化粒子の種類と質量部を表9に示すように変更したこと以外は、実施例26と同様にして、予備被覆層を有するローラを作製した。次いで、予備被覆層を有するローラの外周面を、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。切込み速度を20mm/minとし、スパークアウト時間(切込み0mmでの時間)を0秒と設定して研磨を行い、弾性ローラを作製した。クラウン量は、実施例26と同様に調整した。
〔1.弾性ローラの作製〕
導電性ゴム組成物の作製時の黒鉛化粒子の種類と質量部を表9に示すように変更したこと以外は、実施例26と同様にして、予備被覆層を有するローラを作製した。次いで、予備被覆層を有するローラの外周面を、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。切込み速度を20mm/minとし、スパークアウト時間(切込み0mmでの時間)を0秒と設定して研磨を行い、弾性ローラを作製した。クラウン量は、実施例26と同様に調整した。
〔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(株)製)にメチルエチルケトンを加え、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種類の材料を加えて、混合溶液を調製した。次いで、内容積450mLのガラス瓶に上記混合溶液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B14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B14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、0.9130であった。
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(株)製)にメチルエチルケトンを加え、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種類の材料を加えて、混合溶液を調製した。次いで、内容積450mLのガラス瓶に上記混合溶液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B14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B14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、0.9130であった。
〔3.表面層の形成〕
次いで実施例1と同様にして、前記弾性ローラを前記塗布液中に浸漬してディッピング法で塗工し、塗膜を硬化させて、弾性層の外周部に表面層が形成された帯電ローラ27を得た。
次いで実施例1と同様にして、前記弾性ローラを前記塗布液中に浸漬してディッピング法で塗工し、塗膜を硬化させて、弾性層の外周部に表面層が形成された帯電ローラ27を得た。
<実施例28~30>
導電性ゴム組成物の作製時の黒鉛化粒子の種類と質量部、並びに、表面層用の塗布液の作製時の樹脂粒子の種類と質量部を、それぞれ表9に示すように変更したこと以外は、実施例27と同様にして、帯電ローラ28~30を得た。
導電性ゴム組成物の作製時の黒鉛化粒子の種類と質量部、並びに、表面層用の塗布液の作製時の樹脂粒子の種類と質量部を、それぞれ表9に示すように変更したこと以外は、実施例27と同様にして、帯電ローラ28~30を得た。
<実施例31>
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三元共重合体、EO/EP/AGE=56mol%/40mol%/4mol%)を用い、導電性ゴム組成物の作製時の黒鉛化粒子の種類と質量部、並びに、表面層用の塗布液の作製時の樹脂粒子の種類と質量部を表9に示すように変更したこと以外は、実施例30と同様にして、帯電ローラ31を得た。
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三元共重合体、EO/EP/AGE=56mol%/40mol%/4mol%)を用い、導電性ゴム組成物の作製時の黒鉛化粒子の種類と質量部、並びに、表面層用の塗布液の作製時の樹脂粒子の種類と質量部を表9に示すように変更したこと以外は、実施例30と同様にして、帯電ローラ31を得た。
<実施例32~34>
導電性ゴム組成物の作製時の黒鉛化粒子の種類と質量部、並びに、表面層用の塗布液の作製時の樹脂粒子の種類と質量部を、それぞれ表9に示すように変更したこと以外は、実施例30と同様にして、帯電ローラ32~34を得た。
導電性ゴム組成物の作製時の黒鉛化粒子の種類と質量部、並びに、表面層用の塗布液の作製時の樹脂粒子の種類と質量部を、それぞれ表9に示すように変更したこと以外は、実施例30と同様にして、帯電ローラ32~34を得た。
〔実施例2~34における各種評価〕
実施例1と同様にして、弾性層の表面における黒鉛粒子及び/または黒鉛化粒子の露出部の確認、並びに、表面層中の樹脂粒子と弾性層の表面における黒鉛粒子及び/または黒鉛化粒子の位置関係の確認を行った。すべての実施例において、弾性層の表面には、黒鉛粒子及び黒鉛化粒子のいずれか一方または両方の露出部が確認できた。また、該露出部を含む表面が、表面層により被覆されていた。更には、表面層中の樹脂粒子の投影部以外の部分が、黒鉛粒子及び黒鉛化粒子のいずれか一方または両方の露出部と重なっていることを確認した。なお、黒鉛粒子の体積平均粒径、黒鉛粒子の長径/短径比、黒鉛(002)面の面間隔、ラマンスペクトル半値幅、樹脂粒子の体積平均粒径、樹脂粒子の空気を含む領域の割合(空孔率)、表面層用の塗布液の比重、表面層の膜厚の測定を実施した。また画像評価と、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10または表11に示す。
実施例1と同様にして、弾性層の表面における黒鉛粒子及び/または黒鉛化粒子の露出部の確認、並びに、表面層中の樹脂粒子と弾性層の表面における黒鉛粒子及び/または黒鉛化粒子の位置関係の確認を行った。すべての実施例において、弾性層の表面には、黒鉛粒子及び黒鉛化粒子のいずれか一方または両方の露出部が確認できた。また、該露出部を含む表面が、表面層により被覆されていた。更には、表面層中の樹脂粒子の投影部以外の部分が、黒鉛粒子及び黒鉛化粒子のいずれか一方または両方の露出部と重なっていることを確認した。なお、黒鉛粒子の体積平均粒径、黒鉛粒子の長径/短径比、黒鉛(002)面の面間隔、ラマンスペクトル半値幅、樹脂粒子の体積平均粒径、樹脂粒子の空気を含む領域の割合(空孔率)、表面層用の塗布液の比重、表面層の膜厚の測定を実施した。また画像評価と、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10または表11に示す。
<比較例1>
〔1.弾性ローラの作製〕
導電性ゴム組成物の作製時に黒鉛化粒子を使用しなかったこと以外は、実施例34と同様にして弾性ローラを得た。
〔1.弾性ローラの作製〕
導電性ゴム組成物の作製時に黒鉛化粒子を使用しなかったこと以外は、実施例34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(株)製)にメチルエチルケトンを加え、固形分が17質量%になるように調整した。この溶液588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7の成分(1)の欄に示す他の2種類の材料を加えて、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(株)製)にメチルエチルケトンを加え、固形分が17質量%になるように調整した。この溶液588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7の成分(1)の欄に示す他の2種類の材料を加えて、混合溶液を調製した。
次いで、内容積450mLのガラス瓶中に上記混合溶液169g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36時間分散した。分散後、樹脂粒子B16を2.55g添加した。尚これは、ポリビニルブチラール固形分100質量部に対して、樹脂粒子B16が10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、0.9710であった。
〔3.表面層の形成〕
次いで実施例1と同様にして、前記弾性ローラを前記塗布液中に浸漬してディッピング法で塗工し、塗膜を硬化させて、弾性層の外周部に表面層が形成された帯電ローラC1を得た。
次いで実施例1と同様にして、前記弾性ローラを前記塗布液中に浸漬してディッピング法で塗工し、塗膜を硬化させて、弾性層の外周部に表面層が形成された帯電ローラC1を得た。
〔4.評価〕
本比較例において、弾性層の表面には、黒鉛化粒子の露出部は確認できなかった。実施例1と同様にして実施した各評価結果を表10または表11に示す。
本比較例において、弾性層の表面には、黒鉛化粒子の露出部は確認できなかった。実施例1と同様にして実施した各評価結果を表10または表11に示す。
<比較例2>
導電性ゴム組成物の作製時の黒鉛粒子A4を30質量部とし、表面層用の塗布液の作製時に樹脂粒子を使用しなかったこと以外は、比較例1と同様にして、帯電ローラC2を得た。
導電性ゴム組成物の作製時の黒鉛粒子A4を30質量部とし、表面層用の塗布液の作製時に樹脂粒子を使用しなかったこと以外は、比較例1と同様にして、帯電ローラC2を得た。
本比較例において、弾性層の表面には、黒鉛化粒子の露出部が確認できた。また、該露出部を含む表面が、表面層により被覆されていた。しかしながら、表面層中には、樹脂粒子に由来する凸部は存在していなかった。実施例1と同様にして実施した各評価結果を表10または表11に示す。
<比較例3>
導電性ゴム組成物の作製時の黒鉛化粒子A15を40質量部とし、表面層用の塗布液の作製時に樹脂粒子を使用しなかったこと以外は、比較例1と同様にして、帯電ローラC3を得た。本比較例において、弾性層の表面には、黒鉛化粒子の露出部が確認できた。また、該露出部を含む表面が、表面層により被覆されていた。しかしながら、表面層中には、樹脂粒子に由来する凸部は存在していなかった。実施例1と同様にして実施した各評価結果を表10または表11に示す。
導電性ゴム組成物の作製時の黒鉛化粒子A15を40質量部とし、表面層用の塗布液の作製時に樹脂粒子を使用しなかったこと以外は、比較例1と同様にして、帯電ローラC3を得た。本比較例において、弾性層の表面には、黒鉛化粒子の露出部が確認できた。また、該露出部を含む表面が、表面層により被覆されていた。しかしながら、表面層中には、樹脂粒子に由来する凸部は存在していなかった。実施例1と同様にして実施した各評価結果を表10または表11に示す。
<比較例4>
〔1.導電性ゴム組成物の作製〕
ブタジエンゴム(BR)「JSR BR01」(商品名、JSR社製)100質量部に対し下記表8に示す他の5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分間混練した。
〔1.導電性ゴム組成物の作製〕
ブタジエンゴム(BR)「JSR BR01」(商品名、JSR社製)100質量部に対し下記表8に示す他の5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。この際、二本ロールの間隙を2.0mmに調整した。
〔2.表面層の形成〕
表面層用の塗布液の作製時の樹脂粒子として、樹脂粒子B17(架橋ポリメチルメタクリレート樹脂粒子、商品名:MBX-8、積水化成品工業(株)製)を使用したこと以外は、比較例3と同様にして、帯電ローラC4を得た。
表面層用の塗布液の作製時の樹脂粒子として、樹脂粒子B17(架橋ポリメチルメタクリレート樹脂粒子、商品名:MBX-8、積水化成品工業(株)製)を使用したこと以外は、比較例3と同様にして、帯電ローラC4を得た。
〔3.評価〕
本比較例においては、弾性ローラの表面には、黒鉛化粒子の露出部が確認でき、かつ、該露出部を含む表面が、表面層により被覆されていた。しかしながら、表面層中の樹脂粒子の投影部以外の部分が、黒鉛化粒子の露出部とは重なっていなかった。実施例1と同様にして実施した各評価結果を表10または表11に示す。
本比較例においては、弾性ローラの表面には、黒鉛化粒子の露出部が確認でき、かつ、該露出部を含む表面が、表面層により被覆されていた。しかしながら、表面層中の樹脂粒子の投影部以外の部分が、黒鉛化粒子の露出部とは重なっていなかった。実施例1と同様にして実施した各評価結果を表10または表11に示す。
<比較例5>
表面層用の塗布液の作製時の樹脂粒子として、樹脂粒子B18(架橋ポリメチルメタクリレート樹脂粒子、商品名:MBX-12、積水化成品工業(株)製)を使用したこと以外は、比較例4と同様にして、帯電ローラC5を得た。本比較例においても、弾性ローラの表面には、黒鉛化粒子の露出部が確認でき、かつ、該露出部を含む表面が、表面層により被覆されていた。しかしながら、表面層中の樹脂粒子の投影部以外の部分が、黒鉛化粒子の露出部とは重なっていなかった。実施例1と同様にして実施した各評価結果を表10または表11に示す。
表面層用の塗布液の作製時の樹脂粒子として、樹脂粒子B18(架橋ポリメチルメタクリレート樹脂粒子、商品名:MBX-12、積水化成品工業(株)製)を使用したこと以外は、比較例4と同様にして、帯電ローラC5を得た。本比較例においても、弾性ローラの表面には、黒鉛化粒子の露出部が確認でき、かつ、該露出部を含む表面が、表面層により被覆されていた。しかしながら、表面層中の樹脂粒子の投影部以外の部分が、黒鉛化粒子の露出部とは重なっていなかった。実施例1と同様にして実施した各評価結果を表10または表11に示す。
<比較例6>
導電性基体をセットした円筒形キャビティを有する金型に、実施例32と同様の導電性ゴム組成物を投入し、160℃の熱風炉にて30分間加熱した。この時、外径がΦ9mmになるような金型を使用した。その後、金型から脱型後、熱風炉160℃で10分加熱して二次加硫を施し、弾性ローラを作製した。この際、黒鉛粒子の露出部は確認できなかった。その後、実施例31と同様にして、帯電ローラC6を得た。実施例1と同様にして実施した各評価結果を表10または表11に示す。
導電性基体をセットした円筒形キャビティを有する金型に、実施例32と同様の導電性ゴム組成物を投入し、160℃の熱風炉にて30分間加熱した。この時、外径がΦ9mmになるような金型を使用した。その後、金型から脱型後、熱風炉160℃で10分加熱して二次加硫を施し、弾性ローラを作製した。この際、黒鉛粒子の露出部は確認できなかった。その後、実施例31と同様にして、帯電ローラC6を得た。実施例1と同様にして実施した各評価結果を表10または表11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第2013-014859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)
101、102、103 黒鉛粒子または黒鉛化粒子
104 樹脂粒子
105 黒鉛粒子または黒鉛化粒子の露出部
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)
101、102、103 黒鉛粒子または黒鉛化粒子
104 樹脂粒子
105 黒鉛粒子または黒鉛化粒子の露出部
Claims (12)
- 導電性基体、導電性の弾性層及び導電性の表面層を有する帯電部材であって、
該弾性層は、エチレンオキサイド由来のユニットを有する重合体と、黒鉛粒子及び黒鉛化粒子から選択される少なくとも一方の粒子を含み、該弾性層の表面には該黒鉛粒子および該黒鉛化粒子から選択されるいずれか一方または両方の粒子の露出部が存在し、該黒鉛粒子及び該黒鉛化粒子から選択されるいずれか一方または両方の粒子の露出部を含む該弾性層の表面は、該表面層で被覆されており、
該表面層は、バインダー樹脂と該バインダー樹脂中に分散されている樹脂粒子とを含み、かつ、その表面に、該樹脂粒子に由来する複数の凸部を有し、該表面層中の該樹脂粒子を該弾性層の表面に正投影したときの、該弾性層の表面における該樹脂粒子の投影部以外の部分が、該弾性層の表面の該黒鉛粒子及び該黒鉛化粒子から選択される何れか一方または両方の粒子の露出部と重なっていることを特徴とする帯電部材。 - 前記樹脂粒子は、その内部に空気を含む領域を有する空孔を複数有している請求項1に記載の帯電部材。
- 前記黒鉛粒子及び前記黒鉛化粒子は、黒鉛(002)面の面間隔が0.3354nm 以上、0.3365nm以下である請求項1または2に記載の帯電部材。
- 前記黒鉛粒子が、天然黒鉛である請求項1~3のいずれか一項に記載の帯電部材。
- 前記黒鉛粒子の体積平均粒径が、1μm以上、150μm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。
- 前記黒鉛粒子の体積平均粒径が、2μm以上、100μm以下である請求項5に記載の帯電部材。
- 前記黒鉛化粒子が、バルクメソフェーズピッチを焼成することによって得られたものである請求項1~3のいずれか一項に記載の帯電部材。
- 前記黒鉛化粒子が、メソカーボンマイクロビーズを焼成することによって得られたものである請求項1~3のいずれか一項に記載の帯電部材。
- 前記黒鉛化粒子の体積平均粒径が1μm以上、150μm以下である請求項1~3、7および8のいずれか一項に記載の帯電部材。
- 前記黒鉛化粒子の体積平均粒径が、2μm以上、100μm以下である請求項9に記載の帯電部材。
- 帯電部材が被帯電体と一体化され、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であって、
該帯電部材が、請求項1~10のいずれか一項に記載の帯電部材であることを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 帯電部材と、該帯電部材によって帯電可能に配置されている電子写真感光体とを具備している電子写真装置であって、
該帯電部材が、請求項1~10のいずれか一項に記載の帯電部材であることを特徴とする電子写真装置。
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