JP6192466B2 - 電子写真用の導電性部材、プロセスカートリッジおよび電子写真装置 - Google Patents
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Description
前記網目状構造体の層の厚み方向の断面に露出する前記非導電性繊維を母点としてボロノイ分割を行い、得られるボロノイ多角形の各々の面積S 1 と、該ボロノイ多角形の各々の母点の該非導電性繊維の該断面における断面積S 2 との比「S 1 /S 2 」を算出したとき、その上位10%の算術平均値k U10 が40以上160以下であることを特徴とする電子写真用の導電性部材である。
本発明に係る導電性部材は、導電性支持層の外周面に網目状構造体の層を有する。図1に、本発明の帯電部材の概略図を示す。帯電部材は、例えば、図1(a)に示すように、導電性支持層としての導電性の軸芯体12と、その外周に設けられた網目状構造体の層11とからなる構成とすることができる。また、図1(b)に示すように、導電性支持層として、導電性の軸芯体12とその外周に設けられた導電性樹脂層13を用い、さらにその外周に網目状構造体の層11を設けた構成とすることができる。なお、必要に応じて本発明の効果を損なわない範囲で導電性樹脂層13を複数配置した多層構成であってもよい。
〔導電性の軸芯体〕
導電性の軸芯体としては、電子写真用の導電性部材の分野で公知なものから適宜選択して用いることができる。例えば炭素鋼合金の表面に5μm程度の厚さのニッケルメッキを施した円柱である。
導電性樹脂層を構成する材料としては、ゴム材料、樹脂材料等を用いることが可能である。ゴム材料としては、特に限定されるものではなく、電子写真用の導電性部材の分野において公知のゴムを用いることができ、具体的には以下のものが挙げられる。エピクロルヒドリンホモポリマー、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−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル3元共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体の水素添加物、シリコーンゴム、アクリルゴム及びウレタンゴム等。樹脂材料としても、電子写真用の導電性部材の分野において公知の樹脂を用いることができる。具体的には、アクリル樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィン、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。
本発明に係る網目状構造体の層(以下、「表面層」という場合がある。)は、異常放電を抑制する観点から以下の構成にすることが重要である。
本発明の網目状構造体層の網目間距離の制御は重要である。放電光を観察する時に確認される過剰な放電に起因する巨大な放電のサイズは、約200〜500μmである。この巨大な放電を、網目状構造体の層で分断し、微細化する必要があるため、網目状構造体の層における網目間距離は巨大な放電のサイズ以下にすることが必要である。放電は、導電性部材の表面に対して垂直方向に発生するため、網目状構造体の層をその表面に対して垂直方向から観察した際に、網目状構造体の網目間距離が巨大な放電のサイズ以下であれば異常放電の抑制効果が得られる。以上のような理由から、網目状構造体の層の表面に対して垂直方向から、光学顕微鏡、或いは、レーザー顕微鏡等を用い、任意の200μm四方(縦200μm、横200μm)の正方形領域を100箇所測定し観察する。100箇所の測定点すべてにおいて、本発明の網目状構造体の少なくとも一部が確認できれば、巨大な放電を分断し微細化できることを確認している。その際、観察される像は、網目状構造体の層の厚み方向の情報をすべて積算した情報になるが、厚み方向の情報を含んだ網目状構造体の層の表面における網目間距離が、放電サイズの微細化効果に影響するため、本発明の判断方法で問題はないと考えている。
本発明に係る導電性部材の網目状構造体の層(表面層)においては、繊維が3次元的に配置されており、空孔率の非常に大きい構造であることが好ましい。前述の放電の細分化効果や、放電頻度の増大効果が発現されるためには、表面層内の空間が、繊維群によって区切られている状態が重要であると考えている。尚、本発明において、x軸、y軸及びz軸は、互いに直交する3軸であって、z軸方向は、導電性部材の表面層に垂直な方向である。
前述のように本発明に係る網目状構造体の層は、導電性部材と感光体との間で放電する空間に存在することが異常放電を抑制する観点から重要であるため、網目間の距離に次いで、網目状構造体の層の平均層厚t1が10μm以上200μm以下であることが好ましい。平均層厚t1が10μm以上の場合において、放電を微細化し、放電を安定化する効果が得られる。一方、平均層厚t1を200μm以下にすることで、本発明のように網目状構造体の層が非導電性繊維からなる場合においても、導電性部材の絶縁化による帯電不良を防ぐことができる。放電の安定化の効果をより向上させる観点から、平均層厚t1は、30μm以上120μm以下であることがより好ましく、30μm以上90μm以下であることが特に好ましい。
本発明に係る網目状構造体の層の厚みについては、導電性部材と被接触体との接触時における平均層厚t2が1μm以上50μm以下であることが好ましい。前述のように、本発明の網目状構造体の層は非導電性であるため、放電は主に導電性支持層と感光体との間で発生している。放電が発生するか否かについては、パッシェンの法則より、導電性部材の導電性支持層と、被接触体である感光体とのギャップ間距離に依存するため、網目状構造体の層の厚みによっては、放電そのものが発生しなくなる。よって、導電性部材と被接触体との接触部、つまりニップ部における網目状構造体の層の平均層厚t2を50μm以下にすることで安定して放電が発生する。さらに、放電をより安定化させるための接触部の平均層厚t2は、20μm以下であることがより好ましく、10μm以下であることが特に好ましい。また平均層厚t2とは、導電性部材の長手方向を5等分し、各分割における任意の5箇所において、導電性部材と被接触体との接触時における層厚を測定した計25箇所の層厚の平均値である。導電性部材と被接触体を結ぶ最短距離の平均値を意味する。
本発明の網目状構造体の層を形成する非導電性繊維は、繊維径に対して100倍以上の長さを有するものであることが好ましい。尚、網目状構造体の層を光学顕微鏡等で観察することで、繊維径に対して繊維長が100倍以上であるか否かを確認できる。繊維の断面形状は特に限定されず、円形、楕円形、四角形、多角形,半円形、及び、任意の断面形状が挙げられ、繊維の長手方向における断面形状が異なっていてもよい。尚、繊維径とは、繊維の断面が円柱状の場合においては、その断面の円の直径であり、また非円柱状の場合においては、繊維断面における重心を通る最長直線の長さである。
本発明に係る網目状構造体の層は、非導電性繊維で形成されてなることが重要である。上記非導電性繊維は、繊維状構造を形成する限りにおいて特に制限はなく、樹脂材料をはじめとする有機材料、シリカ、チタニア等の無機材料、或いは、前記有機材料と無機材料をハイブリッドさせた材料を用いても構わない。
本発明に係る網目状構造体の層の作製方法としては、特に限定されないが、例えば以下の方法が挙げられる。エレクトロスピニング法(電界紡糸法・静電紡糸法)、複合紡糸法、ポリマーブレンド紡糸法、メルトブロー紡糸法、フラッシュ紡糸法等によって、繊維用の原料液体から繊維を生成し、生成された繊維を導電性支持層表面に積層していく方法。尚、このようにして生成された繊維はすべて繊維径に対して十分な長さを有する。
本発明の効果は、本発明に係る網目状構造体の層が存在することで発現する。つまり、この網目状構造体の構造が変化すると、放電特性も変化する可能性がある。従って、特に長期間に亘る使用を目的とした場合、網目状構造体の層(表面層)を保護する剛体構造体を導入することで、感光体ドラムの表面と網目状構造体の層との摩擦、摩耗を低減し、網目状構造体の構造の変化を抑制することが好ましい。ここで、剛体構造体とは、感光体ドラムとの当接によって生じる当該剛体構造体の変形量が1μm以下である構造体のことを指す。
本発明に係るプロセスカートリッジは、本発明に係る導電性部材を具備し、電子写真装置の本体に着脱可能に構成されたプロセスカートリッジである。本発明に係る電子写真用のプロセスカートリッジの一例を図3に示す。このプロセスカートリッジは、現像装置と帯電装置を備えている。現像装置とは、少なくとも現像ローラ33とトナー容器36を一体化したものであり、必要に応じてトナー供給ローラ34、トナー39、現像ブレード38、攪拌羽310を備えていても良い。帯電装置とは、感光体ドラム31、クリーニングブレード35、帯電ローラ32、を少なくとも一体化したものであり、廃トナー容器37を備えていても良い。帯電ローラ32、現像ローラ33、トナー供給ローラ34、現像ブレード38は、それぞれ電圧が印加されるようになっている。
本発明に係る電子写真装置は、本発明に係る導電性部材を具備した電子写真装置である。本発明に係る電子写真用の画像形成装置の一例を図4に示す。この電子写真用の画像形成装置は、例えば、ブラック、マゼンダ、イエロー、シアンの各色トナー毎に、図3に示すプロセスカートリッジが設けられ、このカートリッジが着脱可能に装着されたカラー画像形成装置である。
〔1.未加硫ゴム組成物の調製〕
下記の表1に示す種類と量の各材料を加圧式ニーダーで混合してA練りゴム組成物を得た。さらに、前記A練りゴム組成物166質量部と下記表2に示す種類と量の各材料をオープンロールにて混合し未加硫ゴム組成物を調製した。
本発明に係る導電性支持層として、以下の導電性ローラを作製した。快削鋼の表面に無電解ニッケルメッキ処理を施した全長252mm、外径6mmの丸棒を用意した。次に前記丸棒の両端部各11mmずつを除く230mmの範囲に全周にわたって、接着剤を塗布した。接着剤は、導電性のホットメルトタイプのものを使用した。また、塗布にはロールコータ―を用いた。本実施例において、前記接着剤を塗布した丸棒を導電性の軸芯体(芯金)として使用した。
メチルピロリドン(MNP)とキシレンの混合溶剤にポリアミドイミド(PAI)を溶解したポリアミドイミド溶液(東洋紡績(株)製:バイロマックスHR−13NX、固形分濃度30質量%)7.5gに、ジメチルホルムアミド(DMF)2.5gを加え、固形分が22.5質量%になるように調整した。以上のようにして塗工液1を調製した。
次にエレクトロスピニング法により、上記塗工液1を噴射し、得られる微細繊維を、コレクターとして取り付けた上記の導電性支持層である導電性ローラに直接巻きとることで、導電性支持層の外周面に網目状構造体の層を有する本発明に係る導電性部材を作製した。
次に、得られた導電性部材1を以下の評価試験に供した。評価結果を表5に示す。
網目状構造体の層を形成する非導電性繊維の繊維径の測定には、走査型電子顕微鏡(SEM)(日立ハイテク社製S−4800を用い2000倍で観察)を用いた。先ず、導電性支持層の長さが230mmの導電性部材1を長手方向において5等分割した。分割された導電性部材から網目状構造体の層を、それぞれ、0.05gはぎ取り、網目状構造体の層の表面を白金蒸着した。次に、これら5つの白金蒸着した網目状構造体の層(試料片S1〜S5)をエポキシ樹脂で包埋し、ミクロトームを用い断面出しを行った後に、SEM観察を行った。
網目状構造体の層を形成する繊維の体積抵抗率の測定方法については、走査型プローブ顕微鏡(SPM)(Quesant Instrument Corporation社製Q−Scope250)を用い、コンタクトモードを測定した。先ず、導電性部材1から網目状構造体の層をピンセットを用いて回収し、ステンレス鋼製の金属プレート上に回収した網目状構造体の層を設置した。次に、前記ステンレス鋼製のプレートに直接接触している繊維を1本選び、繊維一本に対して、SPMのカンチレバーを接触させ、カンチレバーに50Vの電圧を印加し、電流値を測定した。次に、前記〔5−1〕に記載の方法で求めた平均繊維径dとカンチレバーの接触面積から体積抵抗率に変換した。以上の測定を任意の5点で行い、その平均値を非導電性繊維の体積抵抗率とした。
網目状構造体の層の網目間距離は以下の方法で評価した。レーザー顕微鏡(カール・ツァイス社製LSM5・PASCAL)を用い、導電性部材1について、網目状構造体の層の外表面に対して垂直方向から観察を行った。レーザー顕微鏡観察時に、下記のサイズの正方形の領域を100箇所、任意で選択し、それぞれの正方形領域について、繊維の一部が観察されるか否かの確認を行った。なお、網目状構造体の層の網目間距離は、以下の基準で評価した。
A:25μm四方の正方形領域(100箇所)のすべてにおいて繊維の一部が観察される。
B:100μm四方の正方形領域(100箇所)のすべてにおいて繊維の一部が観察される。
C:200μm四方の正方形領域(100箇所)のすべてにおいて繊維の一部が観察される。
D:200μm四方の正方形領域(100箇所)において、繊維が観察されない領域がある。
網目状構造体の層の平均層厚は以下の方法で評価した。先ず、導電性部材1を長手方向において5等分割した。分割された導電性部材の各々について、網目状構造体の層の外表面において250μm四方、網目状構造体の層の層厚方向において、導電性支持層であるゴムローラを含む長さ700μmのサイズの長方体形状の切片を剃刀で切り出し、試料片T1〜T5を得た。次に、X線CT検査装置((株)東研製TX−300)を用い、前記試料片T1〜T5について、3次元再構築を行った。得られた3次元像を導電性支持層の外表面に対して平行方向をxy平面、垂直方向をz軸とし、z軸に対して間隔1μmで2次元のスライス画像(xy平面と平行)を切り出した。次に、得られたスライス像を2値化し、繊維部と空孔部を識別した。2値化したスライス像それぞれにおいて、繊維部の占める割合を数値化し、導電性支持層から外表面側(層厚方向)へ数値の確認をした際、繊維部の占める割合が2%以下になった点を網目状構造体の層の最表面部とした。以上の方法で、網目状構造体の層の層厚を測定した。
網目状構造体の層の接触部の平均層厚t2は以下の方法で評価した。先ず、導電性部材1を帯電ローラとして、電子写真式レーザープリンタ(商品名:Laserjet CP4525dn HP社製)のカートリッジに組み込み、温度23℃、相対湿度50%の環境下にて3日間放置した。その後、感光体ドラムと帯電ローラと接触部に存在する網目状構造体の層から繊維を、ピンセットを用いてはぎ取った。その結果生じた感光体ドラムと帯電ローラとの間の隙間について、ゴムローラ隙間検査器(OPTRON製 GM1000)を用いて隙間距離を測定した。測定箇所は、導電性部材1を長手方向において5等分割して得られる5領域において、それぞれ、任意の5箇所とし、計25箇所とした。これら25箇所の隙間距離の平均値を平均層厚t2とした。
導電性部材1の表面層に対して剃刀を当てて、x軸方向に1mm、y軸方向に0.5mmの長さ、z軸方向には、導電性支持層であるゴムローラを含む700μmの深さで切片を切り出した。次に、X線CT検査装置(商品名:TX−300、(株)東研製)を用い、この切片に対して、3次元再構築を行った。得られた3次元像から、x軸に対して間隔3μmで2次元のスライス画像群(yz平面と平行)を20枚切り出した。
次に、導電性部材1について、放電の安定化の効果を確認するため、以下の評価を行った。評価結果を表5に示す。
A:横スジ状画像は無い。
B:一部に軽微な横スジ状の白い線が見られる。
C:全面に軽微な横スジ状の白い線が見られる。
D:重度の横スジ状の白い線が見られ、目立つ。
A:白抜け状画像は無い。
B:一部に軽微な白抜け状画像が見られる。
C:全面に軽微な白抜け状画像が見られる。
D:重度の白抜け状画像が見られ、目立つ。
網目状構造体の層用の塗工液の調製に使用される繊維材料を表4に記載の材料に変更したこと以外は、実施例1と同様にして導電性部材を製造し、評価した。評価結果を表5〜表8に記載した。
下記表3に記載の材料をオープンロールにて混合して得た未加硫ゴム組成物から製造した導電性弾性ローラを用いたこと以外は、実施例5と同様にして、表4に示した塗工液を用い網目状構造体の層を設けた導電性部材を製造し、評価した。評価結果を表8に記載した。
実施例32で作製した導電性支持層の上に、以下の方法に従って、保護層を設けた。カプロラクトン変性アクリルポリオール溶液にメチルイソブチルケトンを加え、固形分が10質量%となるように調整した。前述のアクリルポリオール溶液の固形分100質量部に対して、カーボンブラック(HAF)15質量部、針状ルチル型酸化チタン微粒子35質量部、変性ジメチルシリコーンオイル0.1質量部、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)とイソホロンジイソシアネート(IPDI)の各ブタノンオキシムブロック体の7:3の混合物、80.14質量部を入れ、混合溶液を調製した。このとき、ブロックHDIとブロックIPDIの混合物は、「NCO/OH=1.0」となるように添加した。
導電性支持層として、実施例1の接着剤を塗布した丸棒を導電性支持層として用いたこと以外は実施例7と同様にして、導電性部材を作製し、評価した。評価結果を表8に記載した。
厚さ200μmアルミニウム製のシート上に、実施例35と同様にして調製された保護層形成用の塗工液P1を、実施例35と同条件でディッピング法で塗工し、塗膜を硬化させ、アルミニウム製のシート上に保護層を設けたブレード状の導電性支持層を作製した。次に、図2のコレクター部にブレード状の導電性支持層を設置したこと以外は、実施例7と同様にして本発明の網目状構造体の層を設け、帯電ブレードを作製した。
導電性部材1の弾性層の長手方向の外側に、ポリオキシメチレン製の外径8.6mm、内径6.0mm、幅2mmのリングを取り付け、芯金に連れまわるように接着剤で接着したこと以外は実施例3と同様にして導電性部材を製造し、評価した。評価結果を表8に示す。尚、本実施例においては、離間部材を導入することで、離間部材が感光体ドラムと接触し、平均して50μm程度の空隙が導電性部材と感光体ドラムとの間に形成されている。
PVDF-HPF:ポリフッ化ビニリデン-ヘキサフロロプロピレン共重合体、
PEO:ポリエチレンオキサイド、
PES:ポリエーテルスルフォン
DMF:ジメチルホルムアミド
DMAc:ジメチルアセトアミド
IPA:イソプロピルアルコール
エレクトロスピニングの処理時間を10秒間にしたこと以外は、実施例1と同様にして導電性部材を製造し、実施例1と同様に評価した。なお、この比較例の網目状構造体の層の網目間距離は、本発明の要件を満たさない。評価結果を表9に示す。
実施例1と同様にして調製した塗工液1を濃縮し樹脂固形分濃度を40質量%にしたこと以外は、実施例1と同様にして導電性部材を製造し、実施例1と同様に評価した。なお、この比較例の網目状構造体を形成する上位10%の平均繊維径は、本発明の要件を満たさない。評価結果を表9に示す。
市販の金属ワイヤー(直径10μmの銅線、エレクトリゾーラ社製)で被覆した導電性部材を製造し、実施例1と同様に評価した。なお、この比較例の網目状構造体の層は導電性の繊維で構成されており、本発明の要件を満たさない。評価結果を表9に示す。
塗工液1をディップ処理により塗工した導電性部材を製造し、実施例1と同様にして評価した。なお、この比較例の導電性部材は網目状構造体の層を有しておらず、本発明の要件を満たさない。評価結果を表9に示す。尚、表9において、塗工液1の塗工による塗膜を保護層と表示した。
12 導電性の軸芯体(芯金)
13 導電性樹脂層
Claims (7)
- 被接触体に接触させて用いられる導電性部材において、該導電性部材は、導電性支持層の外周面に形成された網目状構造体の層を有し、該導電性部材の表面を観察した際に、該網目状構造体の少なくとも一部が、任意の200μm四方の正方形領域に存在し、該網目状構造体は非導電性繊維からなり、該非導電性繊維の任意の測定点における繊維径の上位10%の平均繊維径が0.2μm以上15μm以下であり、
前記網目状構造体の層の厚み方向の断面に露出する前記非導電性繊維を母点としてボロノイ分割を行い、得られるボロノイ多角形の各々の面積S 1 と、該ボロノイ多角形の各々の母点の該非導電性繊維の該断面における断面積S 2 との比「S 1 /S 2 」を算出したとき、その上位10%の算術平均値k U10 が40以上160以下であることを特徴とする電子写真用の導電性部材。 - 前記網目状構造体の層の平均層厚t1が、10μm以上200μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の電子写真用の導電性部材。
- 前記導電性部材と前記被接触体との接触部における前記網目状構造体の層の平均層厚t2が、1μm以上50μm以下であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電子写真用の導電性部材。
- 前記導電性支持層が電子導電性を有することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかの一項に記載の電子写真用の導電性部材。
- 前記導電性部材が前記網目状構造体を保護する剛体構造体を有することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかの一項に記載の電子写真用の導電性部材。
- 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、請求項1から請求項5のいずれかの一項に記載の導電性部材を具備していることを特徴とするプロセスカートリッジ。
- 請求項1から請求項6のいずれかの一項に記載の導電性部材を具備していることを特徴とする電子写真装置。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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