JP6666031B2 - 電子写真用部材、その製造方法、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

本発明は電子写真装置に用いられる電子写真用部材、その製造方法、該電子写真用部材を有するプロセスカートリッジおよび電子写真装置に関する。
電子写真装置において現像ローラや帯電ローラ、現像剤規制部材、クリーニングブレードに用いられる、導電層を備えた電子写真用部材においては、該導電層の電気抵抗値を105〜109Ω程度に制御する必要がある。該導電層の電気抵抗値を上記範囲内に制御するために用いられる導電剤として4級アンモニウム塩などのイオン導電剤がある。イオン導電剤で導電化されてなる導電層は、カーボンブラックの電子導電剤で導電化されてなる導電層と比較して、導電剤の分散ムラに起因する電気抵抗値のムラを低減させることができる。そのため、現像ローラにおいては感光体に均一に現像剤を現像でき、帯電ローラにおいては感光体の表面の均一な帯電が可能になる。
しかしながら、イオン導電剤は移行性があるため、長期間の使用によって、イオン導電剤が導電層中を移動して電子写真用部材の表面に浸みだし易い。その結果、表面に浸みだしたイオン導電剤が、電子写真用部材に当接している感光体などの表面に付着し、電子写真画像の品位を低下させることがある。
この課題に対し、特許文献1には、導電性部材にポリウレタンアイオノマーを含有させることで、移行性成分のブリードによる被帯電体への汚染のない導電性部材が記載されている。また、特許文献2では、水酸基を二つ持ったイオン液体を用いることで、イオン液体をウレタン樹脂に固定し、イオン導電剤の浸みだし抑制を図っている。
特開平10−175264号公報 特開2011−118113号公報
本発明者らの検討によれば、特許文献1および特許文献2に係る発明によれば、導電層の導電性を低下させることなく、導電層からのイオン導電剤の浸みだしを有効に抑制し得ることを確認した。しかしながら、特許文献1および特許文献2に係る技術を適用した現像部材や帯電部材は、高温高湿環境下で長期間放置した場合には、未だ電気抵抗値が変動することがあり、より一層の改善が必要であることを見出した。
本発明は、高温高湿環境下での長期間に亘る保存、使用によっても、帯電付与性が低下せず、高品位な電子写真画像の形成に資する電子写真用部材およびその製造方法の提供に向けたものである。
また、本発明は、高品位な電子写真画像を安定して出力できる電子写真画像形成装置及びそれに用いられるプロセスカートリッジの提供に向けたものである。
本発明の一態様によれば、導電性の基体、および、該基体上の導電層、を有する電子写真用部材であって、該導電層が、カチオン性有機基を分子内に有する樹脂と、アニオンとを含み、該導電層に含まれるアルカリ金属及びアルカリ土類金属の含有量の総和が500ppm以下であり、該アニオンが、フッ化スルホン酸アニオン、フッ化カルボン酸アニオン、フッ化スルホニルイミドアニオン、フッ化スルホニルメチドアニオン、フッ化アルキルフルオロホウ酸アニオン、フッ化リン酸アニオン、フッ化アンチモン酸アニオン、及びフッ化ヒ酸アニオンの群から選ばれる少なくとも一つであることを特徴とする電子写真用部材が提供される。
また、本発明の他の態様によれば、導電性の基体、および、該基体上の導電層、を有する電子写真用部材であって、該導電層が、下記の樹脂(a)または樹脂(b)を含み、該導電層に含まれるアルカリ金属及びアルカリ土類金属の含有量の総和が500ppm以下であることを特徴とする電子写真用部材が提供される。
樹脂(a):イオン導電剤と、水酸基と反応可能な第1の化合物とから合成される樹脂であって、該イオン導電剤が、アニオンと、水酸基を2個以上有するカチオンとを含み、該アニオンが、フッ化スルホン酸アニオン、フッ化カルボン酸アニオン、フッ化スルホニルイミドアニオン、フッ化スルホニルメチドアニオン、フッ化アルキルフルオロホウ酸アニオン、フッ化リン酸アニオン、フッ化アンチモン酸アニオン、及びフッ化ヒ酸アニオンの群から選ばれる少なくとも一つである樹脂。
樹脂(b):三級アミンの窒素原子を分子内に3個以上を有する第2の化合物と、−N(SO212 および −OSO22で表される基の少なくとも一方を分子内に2個以上有する第3の化合物との反応物(但し、R及びRは、それぞれ独立して、Fまたは炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基である。)。
本発明の他の態様によれば、電子写真装置の本体に着脱可能に構成されている電子写真用部材を備えたプロセスカートリッジであって、該電子写真用部材の少なくとも1つが上記の電子写真用部材であるプロセスカートリッジが提供される。
本発明の他の態様によれば、電子写真用部材を備えた電子写真装置であって、該電子写真用部材の少なくとも1つが、上記の電子写真用部材であることを特徴とする電子写真装置が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、導電性の基体、および、該基体上の導電層を有し、該導電層が、カチオン性有機基を分子内に有する樹脂と、アニオンと、を含み、該導電層に含まれるアルカリ金属及びアルカリ土類金属の含有量の総和が500ppm以下であり、かつ、該アニオンが、フッ化スルホン酸アニオン、フッ化カルボン酸アニオン、フッ化スルホニルイミドアニオン、フッ化スルホニルメチドアニオン、フッ化アルキルフルオロホウ酸アニオン、フッ化リン酸アニオン、フッ化アンチモン酸アニオン、及びフッ化ヒ酸アニオンの群から選ばれる少なくとも一つである電子写真用部材の製造方法であって、下記の工程(1)及び(2)を有する電子写真用部材の製造方法が提供される。
(1)導電性の基体上に、水酸基を2個以上有するカチオンと、水酸基と反応可能な化合物とを含む塗料の塗膜を形成する工程、
(2)該塗膜中の、水酸基を2個以上有するカチオンと、水酸基と反応可能な化合物と該カチオンとを反応させることによって導電層を形成する工程と、
を有し、
該工程(1)に先立って、
該水酸基を2個以上有するカチオンと、アニオンとを有するイオン導電剤を調製する工程を有し、
該イオン導電剤を調製する工程が、水酸基を2個以上有するカチオンと水酸化物アニオンとを有する化合物と、アニオンとプロトンとを有する化合物と、を反応させる工程
を含む、ことを特徴とする電子写真用部材の製造方法。
本発明の更に他の態様によれば、導電性の基体、および、該基体上の導電層を有し、該導電層が、カチオン性有機基を分子内に有する樹脂と、アニオンと、を含み、該導電層に含まれるアルカリ金属及びアルカリ土類金属の含有量の総和が500ppm以下であり、かつ、該アニオンが、フッ化スルホン酸アニオン、フッ化カルボン酸アニオン、フッ化スルホニルイミドアニオン、フッ化スルホニルメチドアニオン、フッ化アルキルフルオロホウ酸アニオン、フッ化リン酸アニオン、フッ化アンチモン酸アニオン、及びフッ化ヒ酸アニオンの群から選ばれる少なくとも一つである電子写真用部材の製造方法であって、下記の工程(1)及び(2)を有する電子写真用部材の製造方法が提供される。
(1)導電性の基体上に、三級アミンの窒素原子を3個以上有する化合物と、−N(SO212 および −OSO22で表される基の少なくとも一方を分子内に2個以上有する化合物(但し、R及びRは、それぞれ独立して、Fまたは炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基である。)と、を含む塗料の塗膜を形成する工程、
(2)該塗膜中の、三級アミンの窒素原子を3個以上有する化合物と、−N(SO212 および −OSO22で表される基の少なくとも一方を分子内に2個以上有する化合物(但し、R及びRは、それぞれ独立して、Fまたは炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基である)と、を反応させることによって、導電層を形成する工程。
本発明の一態様によれば、特定の構造を有する樹脂を導電層内に設け、さらに特定の金属成分の含有量を低減させることで、高温高湿環境下に長期間放置した後も帯電付与性を高いレベルで維持でき、高品位の電子写真画像の形成に資する電子写真用部材を得ることができる。
また、本発明の他の態様によれば、高品位な電子写真画像を安定して形成することのできるプロセスカートリッジ及び電子写真装置を得ることができる。
本発明に係る電子写真用部材の一例を示す概念図である。 本発明に係るプロセスカートリッジの一例を示す概略構成図である。 本発明に係る電子写真装置の一例を示す概略構成図である。 本発明に係る現像ブレードの断面を示す図である。 電子写真用部材の電気抵抗値を測定する装置の概略構成図である。 電子写真用部材の摩擦帯電量を測定する装置の概略構成図である。
本発明者らは上記の課題を達成すべく鋭意検討を重ねた。その結果、特定の金属成分の含有量が少ない導電層を有する電子写真用部材は、高温高湿環境下に長期間放置した後も高い帯電付与性を示すことを見出した。
本発明に係る電子写真用部材の一実施形態を図1に示す。本発明に係る電子写真用部材1は、図1(a)に示すように、導電性の基体12と、その外周に設けられた弾性層13とからなることができる。この場合、弾性層13は、本発明に係る樹脂とアニオンを含む導電層である。また、図1(b)に示すように、弾性層13の表面に表面層14を形成してもよい。この場合、表面層14が、本発明に係る樹脂とアニオンを含む導電層である。
〔基体〕
基体12は、電子写真用部材の電極および支持部材として機能するもので、アルミニウム、銅合金、ステンレス鋼の如き金属または合金;クロム又はニッケルで鍍金処理を施した鉄;導電性を有する合成樹脂の如き導電性の材質で構成され、中実体であってもよく、中空体であってもよい。
〔導電層〕
導電層は、カチオン性有機基を分子内に有する樹脂とアニオンとを含んでいる。アニオンとしては、フッ化スルホン酸アニオン、フッ化カルボン酸アニオン、フッ化スルホニルイミドアニオン、フッ化スルホニルメチドアニオン、フッ化アルキルフルオロホウ酸アニオン、フッ化リン酸アニオン、フッ化アンチモン酸アニオン、及びフッ化ヒ酸アニオンの群から選ばれる少なくとも一つである。さらに、導電層に含まれるアルカリ金属とアルカリ土類金属の含有量の総和が500ppm以下である。
以下に本発明に係るカチオン性有機基を分子内に有する樹脂を、例えば、以下の「方法(J−1)」および「方法(J−2)」によって合成することが好ましい。
方法(J−1):水酸基を2個以上有するカチオン(以下「材料11」という場合がある。)と、水酸基と反応可能な化合物(以下「材料12」という場合がある。)との反応。
方法(J−2):三級アミンの窒素原子を三個以上有する化合物(以下「アミン化合物」という場合がある。)と、下記化学式(5−1)または(5−2)で示される置換基を複数個有する化合物(以下「アニオン前駆体」という場合がある。)との反応。
Figure 0006666031
化学式(5−1)および(5−2)中、R1及びR2は、それぞれ独立して、Fまたは炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基である。
上記方法(J−1)によってカチオン性有機基を形成した場合は、「材料11」のカチオンに由来する部分がカチオン性有機基である。また上記方法(J−2)によってカチオン性有機基を形成した場合は、アミン化合物に由来する部分がカチオン性有機基である。例えば、後述する反応式(6)によってアミン化合物が反応し、四級化された部分がカチオン性有機基である。
本発明においては、この「カチオン性有機基を分子内に有する樹脂」が用いられるが、カチオン性有機基を分子内に有する樹脂は、「材料11」及びまたは「材料12」が、樹脂成分を含むことや、重合性モノマーであることによって、提供可能である。また、カチオン性有機基を分子内に有する樹脂は、「アミン化合物」及びまたは「アニオン前駆体」が、樹脂成分を含むことや、重合性モノマーであることによって、提供可能である。
導電層中にカチオン性有機基を分子内に有する樹脂とアニオンとを含有させ、かつ、導電層中のアルカリ金属及びアルカリ土類金属の量を低減することによって、導電層の帯電付与性に顕著な効果が見られる理由について、本発明者らは以下のように推測している。
まず、現像剤に対する、導電層の帯電付与は、主に現像剤と導電層の表面の摩擦帯電によって行われていると考えられる。そのため、導電層の表面に存在する化合物の種類によって、導電層の帯電付与性は顕著な影響を受ける。
また、導電層中において、カチオン性有機基とアニオンは、各々の静電的な引力により引き合い、一対になって存在していると考えられる。そのため、カチオン性有機基を樹脂と反応させて樹脂骨格に組み込んでおけば、アニオンはカチオンと一対になって存在するため、導電層の表面には移行しないだろうと思われた。
その一方、カチオン性有機基が樹脂骨格に組み込まれていると、カチオン性有機基の移動範囲が制限されるため、導電層の導電率が所望の値に達しない場合があった。そこで、アニオンに電気陰性度の高いフッ素原子を導入することで、アニオンの負電荷を非局在化し、カチオン性有機基との相互作用を弱めることができる。その結果アニオンが、カチオン性有機基に束縛されずに移動し易くなり、所望の導電性を達成することができる。
しかしながら、本発明者らの検討によれば、特定のイオン導電剤を含む導電層を電子写真用部材に適用した場合、高温高湿度環境下に長期間放置した後の帯電付与性が、顕著に低下する場合があることが分かった。
そこで、さらに検討を継続したところ、該電子写真用部材の帯電付与性の低下には、導電層に含まれる微量のアルカリ金属及びアルカリ土類金属の存在が、顕著な影響を与えるという予期せぬ結果を得た。具体的には、導電層中のアルカリ金属及びアルカリ土類金属のカチオンと、フッ素原子を含有するアニオンとが対になった場合に、生成した塩が導電層の表面へ移行(ブリード)し易くなり、帯電付与性に影響を与えることを見出した。
<導電層内におけるカチオンとアニオン移行性>
以下に、カチオンとアニオンの種類が、生成した塩(カチオンとアニオンの対)の移行性に与える影響について、それぞれ説明する。
まず、カチオンと移行性の関係について説明する。カチオンは、樹脂に含まれる官能基と相互作用している。カチオンと樹脂中の官能基との相互作用が大きいほど、カチオンは樹脂に束縛され、運動性が低下し、導電層の表面に移行し難くなる。反対に、カチオンと樹脂との相互作用が小さいと、カチオンは樹脂に束縛されずに移動できるため、導電層の表面に移行し易くなる。
カチオンと樹脂中の官能基との相互作用を、HSAB(Hard and Soft Acids and Bases)則に基づいて考えると、以下のようになる。HSAB則の分類によると、アルカリ金属やアルカリ土類金属(リチウム、ナトリウム、マグネシウムなど)は電荷密度が高く、分極率が小さいため、ハードな酸に分類される。一方、四級アンモニウムカチオンや遷移金属カチオンは、比較的電荷密度が低く、分極率が大きいため、ソフトな酸に分類される。塩基も同様にして、塩化物イオンや水酸化物イオンはハードな塩基に、二重結合や芳香環などは、ソフトな塩基に分類される。HSAB則によると、ハードな酸はハードな塩基と、ソフトな酸はソフトな塩基と相互作用し易い。
つまり、ソフトな酸である四級アンモニウムカチオンや遷移金属イオンに対して、ハードな酸に分類されるアルカリ金属やアルカリ土類金属は、ソフトな塩基である樹脂中の官能基(カルボニル基の如き二重結合や、芳香環)との相互作用が小さい。そのため、アルカリ金属やアルカリ土類金属のカチオンは樹脂に束縛されにくく、導電層の表面に移行し易くなると考えられる。
次に、アニオンの種類と移行性の関係について説明する。本発明者らの検討の結果、アニオンに含まれるフッ素原子の有無が、カチオンと対を生成した塩の移行性に大きな影響を与えることが明らかになった。その理由は以下のように考えられる。つまり、塩化物イオン、過塩素酸アニオンやアルキルスルホン酸アニオンの如きフッ素原子を含まないアニオンに対して、フッ化スルホン酸アニオンやフッ化スルホニルイミドアニオンは、電気陰性度の高いフッ素原子を有しており、フッ素原子を含む結合の分極率が小さい。そのためアニオンの分子間力が弱くなり、カチオンと対を生成した塩の表面自由エネルギーも小さくなる。その結果、空気界面との表面自由エネルギーを小さくしようとする力が働き、導電層の表面に移行し易くなると考えられる。
以上に述べたように、カチオンの種類とアニオンの種類の両方が、生成される塩の導電層の表面への移行性に影響する。そのためアルカリ金属やアルカリ土類金属のカチオンと、フッ素原子を含むアニオンが対になった時に、それぞれの相乗効果によって、生成したイオン対が特に浸みだしやすくなると考えられる。
このことから、フッ素原子を有するアニオンを含み、かつ導電層に含まれる微量のアルカリ金属及びアルカリ土類金属の量を減らすことが、導電層の導電性及び帯電付与性を、長期間にわたって維持するために必要な条件であることが明らかになった。
<イオン導電剤>
イオン導電剤は、カチオン性有機基の原料である「材料11」とアニオンとから構成される。
カチオン(材料11)は、一つの分子内に2個以上、より好ましくは、3個以上の水酸基を有している。3個以上の水酸基を有するカチオン(材料11)を用いた場合、分岐構造を有するポリマー鎖を含み、かつ、当該分岐部にカチオン性有機基を有する樹脂を得られる。
カチオンは、カチオン骨格と、水酸基を有する置換基を含んでいる。カチオンは、更に水酸基を有しない置換基を有していてもよい。水酸基を有する置換基と、水酸基を有しない置換基は、それぞれカチオン骨格に結合している。カチオンは、三個以上の水酸基を有していることが好ましい。この理由としては、カチオンが有する水酸基の数が多いほど、カチオンと、水酸基と反応可能な化合物(材料12)との反応の頻度が高くなり、樹脂に固定されるカチオンの割合が高くなるためである。
[カチオン骨格]
カチオン骨格としては例えば以下が挙げられる。アンモニウムカチオン、スルホニウムカチオン、ホスホニウムカチオンの如き非環状のカチオン骨格;イミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、ピペリジニウムカチオン、ピラゾリウムカチオン、モルホリニウムカチオン、ピラゾリニウムカチオン、ヒドロイミダゾリウムカチオン、トリアゾリウムカチオン、ピリダジニウムカチオン、ピリミジニウムカチオン、ピラジニウムカチオン、チアゾリウムカチオン、オキサゾリウムカチオン、インドリウムカチオン、キノリニウムカチオン、イソキノリニウムカチオン、キノキサリニウムカチオンの如き環状のカチオン骨格。
[水酸基を有する置換基]
水酸基を有する置換基は、カチオン骨格に結合している。水酸基を有する置換基は、ヒドロキシピリジニウムやヒドロキシイミダゾリウムのように、水酸基が直接カチオン骨格に結合していてもよい。また、炭化水素基やアルキレンエーテル基の連結基を介してカチオン骨格に結合していてもよい。中でも、水酸基の反応性が比較的高い点で、水酸基は連結基を介してカチオン骨格に結合しているものが好ましい。水酸基をカチオン骨格に結合するための連結基としては、炭化水素基、アルキレンエーテル基を含む基が挙げられる。また、水酸基を有する置換基としては、分岐構造を有する置換基が挙げられる。
連結基としての炭化水素基としては、例えば以下が挙げられる。メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、フェニレン基の如き炭素数1〜30の炭化水素基、水酸基を有しない置換基(例えば、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素の如きハロゲン基、メトキシ基、エトキシ基の如きアルコキシル基、アミド基、シアノ基の如きヘテロ原子を含む置換基、トリフルオロメチル基の如きハロアルキル基)を一つ又は複数有する炭化水素基。
連結基としてのアルキレンエーテル基を含む基としては、オリゴ(エチレングリコール)、オリゴ(プロピレングリコール)、オリゴ(テトラメチレングリコール)の、重合度が1〜10のアルキレンエーテルが挙げられる。
分岐構造を有する置換基は、炭素原子又は窒素原子を分岐点として、一つのカチオン骨格に対して、上述の炭化水素基やアルキレンエーテル基を含む基を介して複数の水酸基が結合する置換基であって、例えば以下が挙げられる。1,2−プロパンジオール基、[ビス(2−ヒドロキシエチル)アミノ]エチレン基、2,2−ビス(ヒドロキシメチル)−3−ヒドロキシプロピル基。
上記の水酸基を有する置換基は、カチオン骨格に対して複数置換することができる。
[水酸基を有しない置換基]
イオン導電剤のカチオンは、水酸基を有する置換基の他に、水酸基を有しない置換基(例えば、炭素数1〜30の炭化水素基、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素などのハロゲン基、メトキシ基、エトキシ基などのアルコキシル基、アミド基、シアノ基などのヘテロ原子を含む置換基、トリフルオロメチル基の如きハロアルキル基)を一つ又は複数有していてもよい。
好ましいイオン導電剤としては、下記(1)または(2)が挙げられる。
(1)カチオンの水酸化物、メチル炭酸塩、エチル炭酸塩、プロピル炭酸塩、及び炭酸水素塩の群から選ばれる一つと、アニオンの共役酸との反応物。
(2)フッ化スルホン酸エステル、フッ化カルボン酸エステル、及びN−アルキルビス(フッ化スルホニル)イミドの群から選ばれる一つと、三級アミン化合物との反応物。
[アニオン]
イオン導電剤のアニオンとしては、例えば以下が挙げられる。フッ化スルホン酸アニオン、フッ化カルボン酸アニオン、フッ化スルホニルイミドアニオン、フッ化スルホニルメチドアニオン、フッ化アルキルフルオロホウ酸アニオン、ヘキサフルオロリン酸アニオン、ヘキサフルオロヒ酸アニオン、ヘキサフルオロアンチモン酸アニオン。
フッ化スルホン酸アニオンとしては、例えば以下が挙げられる。フルオロスルホン酸アニオン、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン、パーフルオロエチルスルホン酸アニオン、パーフルオロプロピルスルホン酸アニオン、パーフルオロブチルスルホン酸アニオン、パーフルオロペンチルスルホン酸アニオン、パーフルオロヘキシルスルホン酸アニオン、パーフルオロオクチルスルホン酸アニオン。
フッ化カルボン酸アニオンとしては、トリフルオロ酢酸アニオン、パーフルオロプロピオン酸アニオン、パーフルオロ酪酸アニオン、パーフルオロ吉草酸アニオン、パーフルオロカプロン酸アニオンが挙げられる。
フッ化スルホニルイミドアニオンとしては、例えば以下が挙げられる。トリフルオロメタンスルホニルイミドアニオン、パーフルオロエチルスルホニルイミドアニオン、パーフルオロプロピルスルホニルイミドアニオン、パーフルオロブチルスルホニルイミドアニオン、パーフルオロペンチルスルホルイミドアニオン、パーフルオロヘキシルスルホニルイミドアニオン、パーフルオロオクチルスルホニルイミドアニオン、フルオロスルホニルイミドアニオン、またはシクロ−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ビス(スルホニル)イミドの如き環状アニオン。
フッ化スルホニルメチドアニオンとしては、例えば以下が挙げられる。トリフルオロメタンスルホニルメチドアニオン、パーフルオロエチルスルホニルメチドアニオン、パーフルオロプロピルスルホニルメチドアニオン、パーフルオロブチルスルホニルメチドアニオン、パーフルオロペンチルスルホニルメチドアニオン、パーフルオロヘキシルスルホニルメチドアニオン、パーフルオロオクチルスルホニルメチドアニオン。
フッ化アルキルフルオロホウ酸アニオンとしては、トリフルオロメチルトリフルオロホウ酸アニオン、パーフルオロエチルトリフルオロホウ酸アニオンが挙げられる。
イオン導電剤の配合量は、導電層100質量部中において、0.01質量部以上20質量部以下であることが好ましい。0.01質量部以上であると導電性の高い導電層が得られる。20質量部以下であるとイオン導電剤の浸みだしが少ない導電層が得られる。
<水酸基と反応可能な化合物>
「水酸基と反応可能な化合物」である「材料12」としては、例えば、イソシアネート基を有するイソシアネート化合物、グリシジル基を有するエポキシド化合物、アルコキシル基、イミノ基、メチロール基を有するメラミン樹脂化合物が挙げられる。
イソシアネート化合物の例としては、例えば以下が挙げられる。エチレンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)の如き脂肪族ポリイソシアネート;イソホロンジイソシアネート(IPDI)、シクロヘキサン1,3−ジイソシアネート、シクロヘキサン1,4−ジイソシアネートの如き脂環式ポリイソシアネート;2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート(TDI)、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、ポリメリックジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネートの如き芳香族イソシアネート;及びこれらの共重合物やイソシアヌレート体、TMPアダクト体、ビウレット体、そのブロック体のイソシアネート化合物。
エポキシド化合物としては、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテルの如き脂肪族ジエポキシド、ビスフェノールAジグリシジルエーテルの如き芳香族ジエポキシドが挙げられる。メラミン化合物としては、例えばメチル化型メラミン、ブチル化型メラミン、イミノ型メラミン、メチルブチル混合型メラミン、メチロール型メラミンが挙げられる。
これらの中でも、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ポリメリックジフェニルメタンジイソシアネートの如き芳香族イソシアネート、メチル化型メラミン、ブチル化型メラミン、イミノ型メラミン、メチルブチル混合型メラミン、メチロール型メラミンの如きメラミン化合物が好ましい。これらの化合物は、カチオンの有する水酸基との反応性が高く、樹脂に結合していないカチオンの割合が減るため、イオン導電剤の浸みだしの少ない導電層が得られる。
次に、上記方法(J−2)に係る樹脂の合成に使用される「アミン化合物」及び「アニオン前駆体」について説明する。
<アミン化合物>
アミン化合物は、三級アミンの窒素原子を三個以上有する化合物である。窒素原子を有する構造に、反応性の官能基や、非反応性の官能基が、それぞれ一つまたは複数結合していても良い。また、アミン化合物は、窒素原子を有するモノマー単位を一種または二種以上含んでいる高分子化合物であっても良い。
窒素原子を有する構造としては、モノアルキルアミン、ジアルキルアミンやトリアルキルアミンの如き脂肪族アミン、ジフェニルアミンやトリフェニルアミンなどの芳香族アミン、ピペリジンやピロリジンの如き脂環式アミン、イミダゾール、ピリジンなどの含窒素複素芳香環が挙げられる。
反応性の官能基としては、水酸基、チオール基、ビニル基、エポキシ基、(メタ)アクリル基、イソシアネート基などが挙げられる。これらは窒素原子を有する構造に直接結合していても良く、またメチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、フェニレン基の如き炭素数1〜30の炭化水素基を介して結合していても良い。
非反応性の官能基としては、炭素数1〜30の炭化水素基、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素などのハロゲン基、メトキシ基、エトキシ基などのアルコキシル基、アミド基、シアノ基などのヘテロ原子を含む置換基、トリフルオロメチル基のハロアルキル基が挙げられる。
窒素原子を有するモノマー単位を一種または二種以上含んでいる高分子化合物としては、窒素原子を有するモノマーが少なくとも重合度10以上で重合しているものであれば良い。窒素原子を有するモノマーは、窒素原子を有する構造に、二重結合を含む官能基が結合している。窒素原子を有する構造としては、モノアルキルアミン、ジアルキルアミンやトリアルキルアミンの如き脂肪族アミン、ジフェニルアミンやトリフェニルアミンなどの芳香族アミン、ピペリジンやピロリジンの脂環式アミン、イミダゾール、ピリジンなどの含窒素複素芳香環が挙げられる。二重結合を含む官能基としては、ビニル基、アリル基、アクリル基、メタクリル基が挙げられる。
アミン化合物の具体例としては、例えば以下が挙げられる。ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラアミン、トリス(2−アミノエチル)アミン、トリス(2−ピリジルメチル)アミン、1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラミン、N,N,N’,N”,N”−ペンタメチルジエチレントリアミン、トリス[2−(ジメチルアミノ)エチル]アミン、トリス[2−(メチルアミノ)エチル]アミン。窒素原子を有するモノマー単位を一種または二種以上含んでいる高分子化合物の例としては、例えば以下が挙げられる。ポリ(1−ビニルイミダゾール)、ポリ(2−ビニルピリジン)、ポリ(4−ビニルピリジン)、ポリ(ジエチルアミノエチル)アクリレート、ポリ(ジメチルアミノエチル)アクリレート、ポリ(ジエチルアミノエチル)メタクリレート、ポリ(ジメチルアミノエチル)メタクリレート。中でも、ポリ(1−ビニルイミダゾール)、ポリ(4−ビニルピリジン) およびポリ(ジメチルアミノエチルメタクリレート)からなる群から選択される少なくとも1つの化合物。
<アニオン前駆体>
アニオン前駆体としては、以下の化学式(5−1)または(5−2)で示される置換基Aを複数個有し、飽和炭化水素、不飽和炭化水素または芳香族炭化水素を含む化合物が挙げられる。
Figure 0006666031
式中のR1およびR2は、それぞれ独立して、Fまたは炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基である。
アニオン前駆体に含まれる飽和炭化水素としては、アルカン及びシクロアルカンなどが挙げられる。不飽和炭化水素としては、アルケン、シクロアルケン、アルキン及びシクロアルキンなどが挙げられる。芳香族炭化水素としては、ベンゼン、ビフェニル、ナフタレン及びアントラセンが挙げられる。以上の飽和炭化水素、不飽和炭化水素、芳香族炭化水素に、非反応性の官能基が一つ又は複数結合していても良い。非反応性の官能基としては、炭素数1〜30の炭化水素基、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素などのハロゲン基、メトキシ基、エトキシ基などのアルコキシル基、アミド基、シアノ基などのヘテロ原子を含む置換基、トリフルオロメチル基のハロアルキル基が挙げられる。
アニオン前駆体の例としては、分子内に上記化学式(5−1)または(5−2)で示される基の少なくとも一方の基を分子内に2つ以上有する化合物が挙げられる。より具体的には、下記化学式(1)〜(4)で示される化合物が挙げられる。本発明において、アニオン前駆体としては、下記化学式(1)〜(4)で示される化合物群から選択される少なくとも1つを用いることができる。
Figure 0006666031
化学式(1)〜(4)中、A1〜A6は、それぞれ独立して、−N(SO212又は−OSO22を示す。RaおよびRbは、それぞれ独立して、Hまたは置換基を有していても良いアルキル基である。m1は、1〜30の整数であり、m2〜m5は、それぞれ独立して1〜15の整数であり、Xは、2または3であり、Rcは、置換基を有していても良いアルキル基である。Yは、2〜10の整数である。R1及びR2は、それぞれ独立して、Fまたは炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基である。
そして、本発明においては、化学式(1)で示される化合物が特に好適に用いられる。中でも、N,N,N’,N’−テトラ(トリフルオロメタンスルホニル)−ヘキサン−1,6−ジアミン、N,N,N’,N’−テトラ(トリフルオロメタンスルホニル)−ドデカン−1,12−ジアミンが特に好適に用いられる。
アニオン前駆体は、前述のアミン化合物と共に導電層形成用塗料に添加される。導電層の樹脂が基体上に形成される際に、アニオン前駆体がアミン化合物と反応し、オニウム塩化合物を生成する。この時、アミン化合物は一つの分子内に三個以上の窒素原子を有する構造を有しているため、アミン化合物一分子に対して三個以上のアニオン前駆体が結合することで、三次元的な架橋構造を形成し、導電層中に固定される。この時の反応の一例を以下の反応式(6)に示す。この場合、ポリ(4−ビニルピリジン)がアミン化合物にあたり、N,N,N’,N’−テトラ(トリフルオロメタンスルホニル)−ドデカン−1,12−ジアミンがアニオン前駆体に相当する。反応式(6)中、TFSAは、N(SO2CF32を示す。
Figure 0006666031
<導電層中のアニオン>
導電層中に含まれるアニオンとしては、前記イオン導電剤のアニオン及びアニオン前駆体アニオンが挙げられる。イオン導電剤のアニオンとしては以下が挙げられる。フッ化スルホン酸アニオン、フッ化カルボン酸アニオン、フッ化スルホニルイミドアニオン、フッ化スルホニルメチドアニオン、フッ化アルキルフルオロホウ酸アニオン、フッ化リン酸アニオン、フッ化アンチモン酸アニオン、フッ化ヒ酸アニオン。
<アルカリ金属とアルカリ土類金属>
本発明において、アルカリ金属とは、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウムを指す。また、アルカリ土類金属とは、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウムを指す。このような金属が導電層に混入する原因としては、導電層の樹脂原料(イオン導電剤、アミン化合物、アニオン前駆体、カチオンと反応可能な化合物、ポリオール)中に以上の金属がもともと不純物として含まれている場合と、導電層を形成する際の製造過程において以上の金属が混入する場合とがある。以上に挙げた中でも、イオン導電剤の樹脂原料中に含まれる金属を除去する方法が、本発明の効果を効率よく最大限に得られる点で、好ましい。
イオン導電剤に含まれるアルカリ金属とアルカリ土類金属(以下「アルカリ(土類)金属」という場合がある。)は、イオン導電剤を合成する際の原料から混入する場合が多い。つまり、目的のカチオンと塩化物イオンのハロゲンイオンを有するイオン性化合物と、目的のアニオンとアルカリ(土類)金属塩との、交換反応により目的のイオン導電剤を得る方法が多用されるが、この場合、原料のアルカリ(土類)金属がイオン導電剤中に混入しやすい。混入したアルカリ(土類)金属を除去するには、洗浄や、イオン交換樹脂を用いることもできるが、収率が低下し、経済的でない。そのため、イオン導電剤の合成後に除去するよりも、イオン導電剤の合成法を変更することで、アルカリ(土類)金属が混入しないようにすることが好ましい。
このようなイオン導電剤の合成法としては、例えば、下記の(I−1)、(I−2)および(I−3)の、3つの反応が挙げられる。
(I−1)目的のカチオンと水酸化物アニオンを有する化合物と、目的のアニオンとプロトンを有する酸化合物との反応、
(I−2)三級アミン化合物と、目的のアニオンのエステル化合物(例えば、パーフルオロアルキルスルホン酸エステル)または目的のアニオンのイミド化物(例えば、N−アルキルビス(フッ化スルホニル)イミド)との反応、
(I−3)目的のカチオンのアルキル炭酸塩又は炭酸水素塩と、目的のアニオンとプロトンを有する酸化合物との反応。
上記(I−1)〜(I−3)に係るイオン導電剤の合成方法は、アルカリ金属塩を用いる塩交換反応と比較して、効率的に高純度のイオン導電剤が得られる点で優れている。
上記(I−1)に係るイオン導電剤の合成方法の具体例としては、例えば、水酸基を2個以上有するカチオンと水酸化物アニオンとを有する化合物と、フッ化スルホン酸アニオン、フッ化カルボン酸アニオン、フッ化スルホニルイミドアニオン、フッ化スルホニルメチドアニオン、フッ化アルキルフルオロホウ酸アニオン、フッ化リン酸アニオン、フッ化アンチモン酸アニオン、及びフッ化ヒ酸アニオンの群から選ばれる少なくとも一つのアニオンとプロトンとを有する化合物とを反応させる方法が挙げられる。
ここで、水酸基を2個以上有するカチオンと水酸化物アニオンとを有する化合物としては、トリス(ヒドロキシアルキル)アルキルアンモニウムヒドロキシド、および、ビス(ヒドロキシアルキル)ジアルキルアンモニウムヒドロキシドからなる群から選択される少なくとも一つが挙げられる。中でも、水酸基を3個有し、分岐構造を有する樹脂を与えるトリス(ヒドロキシエチル)メチルアンモニウムヒドロキシドが特に好適に用いられる。
また、フッ化スルホン酸アニオン、フッ化カルボン酸アニオン、フッ化スルホニルイミドアニオン、フッ化スルホニルメチドアニオン、フッ化アルキルフルオロホウ酸アニオン、フッ化リン酸アニオン、フッ化アンチモン酸アニオン、及びフッ化ヒ酸アニオンの群から選ばれる少なくとも一つのアニオンとプロトンとを有する化合物としては、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)アミド、ビス(ノナフルオロブタンスルホニル)アミド、4,4,5,5,6,6−ヘキサフルオロジヒドロ−4H−1,3,2−ジチアジン1,1,3,3−テトラオキシド、トリフルオロメタンスルホン酸、ノナフルオロブタンスルホン酸、トリフルオロ酢酸、ヘプタフルオロ酪酸、トリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチド、および、トリフルオロメチルトリフルオロホウ酸の群から選択される少なくとも1つが挙げられる。
上記(I−2)に係るイオン導電剤の調製方法の具体例としては、例えば、三級アミン化合物と、フッ化スルホン酸アニオン、フッ化カルボン酸アニオン、フッ化スルホニルイミドアニオン、フッ化スルホニルメチドアニオン、フッ化アルキルフルオロホウ酸アニオン、フッ化リン酸アニオン、フッ化アンチモン酸アニオン、及びフッ化ヒ酸アニオンの群から選ばれる少なくとも一つのアニオンのイミド化物と、を反応させる方法が挙げられる。
また、三級アミン化合物と、フッ化スルホン酸アニオン、フッ化カルボン酸アニオン、フッ化スルホニルイミドアニオン、フッ化スルホニルメチドアニオン、フッ化アルキルフルオロホウ酸アニオン、フッ化リン酸アニオン、フッ化アンチモン酸アニオン、及びフッ化ヒ酸アニオンの群から選ばれる少なくとも一つのアニオンのエステル化合物と、を反応させる方法が挙げられる。
ここで、三級アミン化合物の具体例としては、例えば、N−メチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、2−ピリジンエタノール、1−ヒドロキシエチル−2−ヒドロキシメチルイミダゾール、N−ヒドロキシエチルピロリドン、および、N−ヒドロキシエチルピペリジンから選択される少なくとも1つが挙げられる。
また、フッ化スルホン酸アニオン、フッ化カルボン酸アニオン、フッ化スルホニルイミドアニオン、フッ化スルホニルメチドアニオン、フッ化アルキルフルオロホウ酸アニオン、フッ化リン酸アニオン、フッ化アンチモン酸アニオン、及びフッ化ヒ酸アニオンの群から選ばれる少なくとも一つのアニオンのイミド化物の具体例としては、例えば、N−メチルビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、N−ヒドロキシエチルビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、および、2−ヒドロキシエチルトリフルオロメタンスルホネートから選択される少なくとも1つが挙げられる。
なお、導電層の製造過程においてもアルカリ(土類)金属が混入する場合がある。つまり、導電層形成用の樹脂原料を混合・分散する際にメディアとしてガラスビーズを使用すると、導電層中にアルカリ(土類)金属が混入しやすい。そのため、分散メディアとしてはジルコニア製のビーズを用いることが好ましい。また、導電層形成後又は電子写真用部材の製造後に、これらを水やメタノールなどの溶媒を用いて洗浄する方法も、アルカリ(土類)金属の含有量を低減するために有効である。
本発明の導電層に含まれるアルカリ金属とアルカリ土類金属の含有量の総和は、500ppm以下である。本発明の効果を得るためのこの含有量のより好ましい範囲は、100ppm以下である。
導電層中に含まれる金属の含有量は、以下のようにして調べることができる。まず導電層を加熱灰化し、灰分を硝酸、フッ化水素酸で加熱溶解し、乾固後、希硝酸に溶解し定容とする。得られた定容液について、誘導結合プラズマ−発光分光法(以下ICP−AES分析)又は誘導結合プラズマ−質量分析法(ICP−MS分析)を行い、目的とする金属について、濃度既知の検量線から求めた発光強度から、含有量を定量する。
<樹脂>
導電層中に含まれる「カチオン性有機基を分子内に有する樹脂」の「樹脂」としては、前記「水酸基と反応可能な化合物」である「材料12」に由来するイソシアネート樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂が挙げられる。またこの「樹脂」としては、前記「アミン化合物」を構成する窒素原子を有するモノマー単位を一種または二種以上含んでいる高分子化合物が挙げられる。
導電層に含まれる「樹脂」は、「水酸基と反応可能な化合物」である「材料12」と、ポリオールと、から合成された樹脂を含んでいてもよい。ポリオールは複数の水酸基を分子内に有しており、その水酸基は該「水酸基と反応可能な化合物」と反応する。ポリオールとしては、特に限定されるものではなく、例えば、ポリエーテルポリオールとポリエステルポリオールが挙げられる。ポリエーテルポリオールとしては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコールが挙げられる。またポリエステルポリオールとしては、例えば以下が挙げられる。1,4−ブタンジオール、3−メチル−1,4−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコールの如きジオール成分や、トリメチロールプロパンの如きトリオール成分と、アジピン酸、無水フタル酸、テレフタル酸、ヘキサヒドロキシフタル酸とのジカルボン酸との縮合反応により得られるポリエステルポリオール。該ポリエーテルポリオールおよびポリエステルポリオールは、必要に応じてあらかじめ、2,4−トリレンジイソシアネート(TDI)、1,4−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)の如きイソシアネートにより鎖延長したプレポリマーであってもよい。
導電層に含まれる「樹脂」は、分岐構造を有するポリマー鎖を含み、該ポリマー鎖の分岐部に前記カチオン性有機基が存在していることが好ましい。この理由としては、ポリマー鎖の分岐構造中にカチオン性有機基が存在すると、カチオン性有機基の運動性が低下することが挙げられる。アニオンはカチオン性有機基と静電的に相互作用しているため、運動性が低下したカチオン性有機基にアニオンが捕捉され、アニオンが樹脂表面に移行し難くなるためである。
<その他の樹脂>
導電層は、本発明の効果が損なわれない程度に、必要によって本発明に係る樹脂以外の一般的な樹脂、ゴム材料、配合剤、導電性付与剤、非導電性充填剤、架橋剤、触媒を添加しても良い。添加する樹脂は、特に限定されるものではないが、例えば以下が挙げられる。エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ウレア樹脂、エステル樹脂、アミド樹脂、イミド樹脂、アミドイミド樹脂、フェノール樹脂、ビニル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂。ゴム材料としては例えば以下が挙げられる。エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム、アクリルニトリル−ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、シリコーンゴム、エピクロロヒドリンゴム、ウレタンゴム。配合剤としては、樹脂に対して一般的に用いられる充填剤、軟化剤、加工助剤、粘着付与剤、粘着防止剤、発泡剤が挙げられる。導電性付与剤としては、カーボンブラック;アルミニウム、銅の如き導電性金属;導電性酸化亜鉛、導電性酸化錫、導電性酸化チタンの如き導電性金属酸化物の微粒子を用いることができる。非導電性充填剤としては、シリカ、石英粉末、酸化チタン、または炭酸カルシウムが挙げられる。架橋剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、テトラエトキシシラン、ジ−t−ブチルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサンまたはジクミルパーオキサイドが挙げられる。
<粗さ制御微粒子>
電子写真用部材の表面層に、本発明に係る導電層が適用され、表面層として表面粗度が必要な場合は、導電層に粗さ制御のための微粒子を添加しても良い。特に現像ローラの表面層に用いられる場合、粗さ制御用微粒子としては、体積平均粒径が3〜20μmであることが、現像剤を搬送する能力に優れる現像ローラが得られるため好ましい。また、導電層に添加する微粒子の添加量は、導電層の樹脂固形分100質量部に対し、1〜50質量部であることが、本発明の効果を損なわないため好ましい。粗さ制御用微粒子には、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂の微粒子を用いることができる。
<電子写真用部材の製造方法>
電子写真用部材の製造方法は、
(1)導電性の基体上に本発明に係る導電層を形成するための塗料の塗膜を形成する工程と、
(2)該塗膜中の反応成分を反応させることによって該導電層を形成する工程とを有するものである。
以下、樹脂の製造方法(J−1)および(J−2)の各々を用いる場合に分けて、電子写真用部材の製造方法について説明する。
[樹脂の製造方法(J−1)を用いる場合]
工程(1)として、導電性基体上に、水酸基を2個以上有するカチオンと、水酸基と反応可能な化合物とを含む塗料の塗膜を形成する。
工程(2)として、該塗膜中の、水酸基を2個以上有するカチオンと、水酸基と反応可能な化合物とを反応させることによって該導電層を形成する。
この方法においては、上記工程(1)に先立って、水酸基を2個以上有するカチオンと、フッ化スルホン酸アニオン、フッ化カルボン酸アニオン、フッ化スルホニルイミドアニオン、フッ化スルホニルメチドアニオン、フッ化アルキルフルオロホウ酸アニオン、フッ化リン酸アニオン、フッ化アンチモン酸アニオン、及びフッ化ヒ酸アニオンの群から選ばれる少なくとも一つのアニオンとを有するイオン導電剤を調製する工程を設けてもよい。このイオン導電剤を調製する工程としては、例えば、水酸基を2個以上有するカチオンと水酸化物アニオンとを有する化合物と、アニオンとプロトンとを有する化合物と、を反応させる工程を含むものが挙げられる。このとき、上記カチオンとしては、水酸基を3個以上有するものを用いることがより好ましい。
水酸基を2個以上有するカチオンと水酸化物アニオンとを有する化合物としては、トリス(ヒドロキシアルキル)アルキルアンモニウムヒドロキシド、および、ビス(ヒドロキシアルキル)ジアルキルアンモニウムヒドロキシドから選択される少なくとも1つが挙げられる。
また、アニオンとプロトンとを有する化合物としては、例えば、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)アミド、ビス(ノナフルオロブタンスルホニル)アミド、4,4,5,5,6,6−ヘキサフルオロジヒドロ−4H−1,3,2−ジチアジン1,1,3,3−テトラオキシド、トリフルオロメタンスルホン酸、ノナフルオロブタンスルホン酸、トリフルオロ酢酸、ヘプタフルオロ酪酸、トリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチド、および、トリフルオロメチルトリフルオロホウ酸の群から選択される少なくとも1つが挙げられる。
また、イオン導電剤を調製する工程は、三級アミン化合物と、フッ化スルホン酸アニオン、フッ化カルボン酸アニオン、フッ化スルホニルイミドアニオン、フッ化スルホニルメチドアニオン、フッ化アルキルフルオロホウ酸アニオン、フッ化リン酸アニオン、フッ化アンチモン酸アニオン、及びフッ化ヒ酸アニオンの群から選ばれる少なくとも一つのアニオンのイミド化物やエステル化合物と、を反応させる工程を含むものであることもできる。
この場合において、三級アミン化合物としては、例えば、N−メチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、2−ピリジンエタノール、1−ヒドロキシエチル−2−ヒドロキシメチルイミダゾール、N−ヒドロキシエチルピロリドン、および、N−ヒドロキシエチルピペリジンの群から選択される少なくとも1つが挙げられる。
また、上記アニオンのイミド化物としては、例えば、N−メチルビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、および、N−ヒドロキシエチルビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドから選択される少なくとも1つが挙げられる。
イオン導電剤を調製する工程は、水酸基を2個以上有するカチオンのアルキル炭酸塩または炭酸水素塩と、該アニオンとプロトンとを有する化合物と、を反応させる工程を含むものであることもできる。
[樹脂の製造方法(J−2)を用いる場合]
工程(1)として、導電性の基体上に、三級アミンの窒素原子を3個以上有する化合物と、−N(SO212 および −OSO22で表される基の少なくとも一方を分子内に2個以上有する化合物(但し、R及びRは、それぞれ独立して、Fまたは炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基である。)と、を含む塗料の塗膜を形成する。
工程(2)として、該塗膜中の、三級アミンの窒素原子を3個以上有する化合物と、−N(SO212 および −OSO22で表される基の少なくとも一方を分子内に2個以上有する化合物と、を反応させることによって、該導電層を形成する。
この方法において、三級アミンの窒素原子を3個以上有する化合物としては、例えば、ポリ(1−ビニルイミダゾール)、ポリ(4−ビニルピリジン)およびポリ(ジメチルアミノエチルメタクリレート)の群から選択される少なくとも1つが挙げられる。また、前記−N(SO212 および −OSO22で表される基の少なくとも一方を分子内に2個以上有する化合物としては、例えば、下記化学式(1)〜(4)で示される化合物群から選択される少なくとも1つが挙げられる。
Figure 0006666031
化学式(1)〜(4)中、A1〜A6は、それぞれ独立して、−N(SO212又は−OSO22を示す。RaおよびRbは、それぞれ独立して、Hまたは置換基を有していても良いアルキル基である。m1は、1〜30の整数であり、m2〜m5は、それぞれ独立して1〜15の整数であり、Xは、2または3であり、Rcは、置換基を有していても良いアルキル基である。Yは、2〜10の整数である。
上記化学式(1)〜(4)で示される構造を有する化合物群のなかでも、化学式(1)で示される構造を有するものが特に好適に用いられる。その具体例としては、例えば、N,N,N’,N’−テトラ(トリフルオロメタンスルホニル)−ヘキサン−1,6−ジアミン、N,N,N’,N’−テトラ(トリフルオロメタンスルホニル)−ドデカン−1,12−ジアミンが挙げられる。
導電性の基体上に塗料の塗膜を形成する方法としては特に限定されるものではない。例えば、塗料によるスプレー、浸漬、またはロールコートが挙げられる。特開昭57−5047号公報に記載されているような浸漬槽の上端から塗料をオーバーフローさせる浸漬塗工方法は、導電層を形成する方法として、簡便で生産安定性に優れている。
また図1(a)に示す弾性層13に本発明に係る導電層を適用する際の導電層の形成方法としては、電子写真用部材において公知の方法を用いることができる。例えば、基体と、導電層用の材料とを共に押出して成型する方法や、導電層形成用材料が液状であれば、円筒状のパイプと、このパイプの両端に配設された基体を保持するための駒と、基体とを配設した金型内にこの材料を注入し、加熱硬化する方法が挙げられる。
電子写真用部材は、帯電ローラ、現像ローラ、現像ブレード、転写ローラ、クリーニングブレードなどの電子写真用部材に適用できる。電子写真用部材を現像装置内の現像ローラに適用する場合、現像剤は磁性又は非磁性のものであってもよく、一成分又は二成分のものでもよい。現像装置は非接触型又は接触型のものであってもよい。
〔プロセスカートリッジ、電子写真装置〕
図2は、本発明に係るプロセスカートリッジの断面図である。図2に示したプロセスカートリッジ17は、現像ローラ16、現像ブレード21、及び電子写真感光体18、クリーニングブレード26、廃トナー収容容器25、および、帯電ローラ24が一体化されている。また、当該プロセスカートリッジは、電子写真装置の本体に着脱可能に構成されている。現像装置22は、トナー容器20を含み、トナー容器20内には、トナーが充填されている。トナー容器20内のトナーは、トナー供給ローラ19によって現像ローラ16の表面に供給され、現像ブレード21によって、現像ローラ16の表面に所定の厚みのトナーの層が形成される。
図3は、本発明に係る電子写真用部材を現像ローラ16として用いた電子写真装置の断面図である。図3の電子写真装置には、現像ローラ16、トナー供給ローラ19、トナー容器20および現像ブレード21からなる現像装置22が脱着可能に装着されている。また、感光体18、クリーニングブレード26、廃トナー収容容器25、帯電ローラ24からなるプロセスカートリッジ17が脱着可能に装着されている。また、感光体18、クリーニングブレード26、廃トナー収容容器25、帯電ローラ24は電子写真装置の本体に配備されていてもよい。感光体18は矢印方向に回転し、感光体18を帯電処理するための帯電ローラ24によって一様に帯電され、感光体18に静電潜像を書き込む露光手段であるレーザー光23により、その表面に静電潜像が形成される。上記静電潜像は、感光体18に対して接触配置される現像装置22によってトナーを付与されることにより現像され、トナー像として可視化される。
現像は、露光部にトナー像を形成する所謂反転現像を行っている。可視化された感光体18上のトナー像は、転写部材である転写ローラ29によって、記録媒体である紙34に転写される。紙34は、給紙ローラ35および吸着ローラ36を経て装置内に給紙され、エンドレスベルト状の転写搬送ベルト32により感光体18と転写ローラ29の間に搬送される。転写搬送ベルト32は、従動ローラ33、駆動ローラ28、テンションローラ31により稼働している。転写ローラ29および吸着ローラ36には、バイアス電源30から電圧が印加されている。トナー像を転写された紙34は、定着装置27により定着処理され、装置外に排紙されプリント動作が終了する。
一方、紙34に転写されずに感光体18上に残存したトナーは、クリーニングブレード26により掻き取られ、廃トナー収容容器25に収納される。
現像装置22は、一成分現像剤としてトナーを収容したトナー容器20と、トナー容器20内の長手方向に延在する開口部に位置し感光体18と対向設置された現像剤担持体としての現像ローラ16とを備えている。この現像装置22は感光体18上の静電潜像を現像して可視化するようになっている。
以下に、図1(b)に示すように、電子写真用部材1の表面層14に本発明に係る導電層を適用した具体的な実施例及び比較例について示すが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
実施例に先立って、以下の製造例を順次説明する。
1.弾性ローラ及び支持基材の製造例、
2.アニオン前駆体の製造例、
3.イミダゾールの製造例、
4.イオン導電剤の製造例、
5.イソシアネート基末端プレポリマーの製造例、
6.塗料の製造例。
〔1.弾性ローラ及び支持基材の製造例〕
[弾性ローラD−1の作成]
ステンレス鋼(SUS304)製の直径6mm、全長278.9mmの芯金に、プライマー(商品名、DY35−051;東レダウコーニング社製)を塗布し、温度180℃に加熱したオーブンで20分間焼きつけ基体とした。この基体を金型内に配置し、以下の表1に示す材料を混合した付加型シリコーンゴム組成物を金型内に形成されたキャビティに注入した。
Figure 0006666031
続いて、金型を温度150度で15分間加熱して、シリコーンゴムを加硫して硬化させた。硬化したシリコーンゴム層が周面に形成された基体を金型から脱型した後、当該基体を、さらに温度180℃で1時間加熱して、シリコーンゴム層の硬化反応を完了させた。こうして、基体の外周に直径12mmのシリコーンゴム弾性層が形成された弾性ローラD−1を作成した。
[弾性ローラD−2の作成]
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。この丸棒の両端部各11mmを除く230mmの範囲に全周にわたって、接着剤を塗布し、基体とした。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ーを用いた。
次に、下記表2の成分1の欄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1を得た。さらに、このA練りゴム組成物1に対して表2の成分2の欄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。
Figure 0006666031
次に、基体の供給機構と、未加硫ゴムローラの排出機構とを有するクロスヘッド押出機に、内径16.5mmのダイスを取付け、押出機とダイス(クロスヘッド)を80℃に、導電性の基体の搬送速度を60mm/secに調整した。この条件で、押出機より未加硫ゴム組成物を供給して、クロスヘッド内にて導電性の基体の外周部に未加硫ゴム組成物を弾性層として被覆した。次にこれを、170℃の熱風加硫炉に投入し、60分間加熱した。冷却した後、弾性層の端部を切除、除去し、弾性層の表面を回転砥石で研磨することで、軸方向の中央部から両端部側へ各90mmの位置における各直径が8.4mm、中央部直径が8.5mmの弾性ローラD−2を作製した。
[支持基材D−3の作成]
厚さ0.08mmのSUSシート(日新製鋼社製)を、長さ200mm、幅23mmの寸法にプレス切断し、支持基材D−3を作成した。
〔表面層の調製〕
以下に本発明の表面層を得るための合成例を示す。
〔2.アニオン前駆体の製造例〕
[アニオン前駆体E−1(N−ヒドロキシエチルビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)の合成]
撹拌子を入れた丸底フラスコ内の雰囲気を窒素置換し、脱水したジクロロメタン500mlに溶解させた2−アミノエタノール3g(49mmol、東京化成工業社製)、ジイソプロピルエチルアミン12.7g(98mmol、東京化成工業社製)をこのフラスコ内に入れた。次いでこのフラスコをドライアイス/メタノール浴に入れ溶液を−78℃に冷却した。そこにトリフルオロメタンスルホン酸無水物20.6ml(123mmol、東京化成工業社製)をシリンジを用いて滴下した。反応液の温度を一時間かけて室温に戻し、更に一時間室温で撹拌した。その後反応液に希塩酸(3%)を加え、ジクロロメタン/水で分液した。有機層を回収し、硫酸マグネシウムで脱水し、ろ過した。溶媒を減圧留去し粗生成物を得た。この粗生成物をフラスコ内においてペンタン200mlに溶解させ、ジムロート冷却器を取り付け、ペンタン溶液を二時間還流した。二時間後ペンタン溶液を回収し、ペンタンを減圧留去した。残った固体を乾燥し、薄茶色固体であるアニオン前駆体 E−1(N−ヒドロキシエチルビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)を13g得た(40.8mmol、収率83%)。アニオン前駆体E−1の構造を化学式E−1に示す。
Figure 0006666031
[アニオン前駆体E−2(2−ヒドロキシエチルトリフルオロメタンスルホネート)の合成]
撹拌子を入れた丸底フラスコ内に、2,6−ルチジン34.5g(0.32mol、東京化成工業社製)、エチレングリコール9.0ml(0.16mol、東京化成工業社製)、脱水ジクロロメタン100mlを入れ、フラスコ内の雰囲気を窒素置換した。このフラスコを氷浴中に入れ、0℃に冷却した。その後、脱水ジクロロメタン100mlに溶解させたトリフルオロメタンスルホン酸無水物54.1ml(0.32mol)を、シリンジを用いて滴下した。一時間0℃で撹拌した後、0℃〜室温で一晩撹拌した。反応終了後、希塩酸(3%)を加え、ジクロロメタン/水で分液した。硫酸マグネシウムで脱水、ろ過後、ジクロロメタンを減圧留去し粗生成物を得た。ジクロロメタンを展開溶媒としたシリカゲルカラムクロマトグラフィーを通し、乾燥後、無色透明液体としてアニオン前駆体E−2(2−ヒドロキシエチルトリフルオロメタンスルホネート)を23.7g得た(0.12mol、収率76%)。アニオン前駆体E−2の構造を化学式E−2に示す。
Figure 0006666031
[アニオン前駆体E−3(トリフルオロメチルトリフルオロホウ酸水溶液)の合成]
フラスコ内において純水100mlにトリフルオロ(トリフルオロメチル)ホウ酸のカリウム塩 20g(0.15mol、東京化成工業社製)を溶解させた。この溶液を酸性のカチオン交換樹脂アンバーライトIR120B(オルガノ製)200mlを充填したカラムに通し、カリウムカチオンを水素カチオンに交換した。そして、酸の濃度が18質量%のトリフルオロメチルトリフルオロホウ酸水溶液を合成した。合成した水溶液は、ポリテトラフルオロエチレン製のボトル内に保管した。アニオン前駆体E−3の水溶液中のアニオンおよびカチオンを、化学式E−3に示す。
Figure 0006666031
〔3.イミダゾールの製造例〕
[G−1(ポリビニルイミダゾール)の合成]
試験管内に、1−ビニルイミダゾール10g(0.11mol、東京化成工業社製)、トルエン20ml、アゾビスイソブチロニトリル18mg(東京化成工業社製、[1−ビニルイミダゾール]/[アゾビスイソブチロニトリル]=1000/1)を入れ、脱気と窒素置換を3回繰り返した。試験管を密封し、60℃で一時間重合させた。反応後冷却し、エタノール中に反応液を滴下し、ろ過、乾燥後、ポリビニルイミダゾール8.9gを得た(収率89%)。合成したポリマーの分子量はポリスチレンを標準試料としたGPCにより測定した。
[G−2(1−ヒドロキシエチル−2−ヒドロキシメチルイミダゾール)の合成]
2−ブロモエタノール20g(0.16mol、東京化成工業社製)をベンゼン(関東化学株式会社製)200mlに溶解させた。この溶液中に、ベンゼン200mlに溶解させた(1H−イミダゾール−2−イル)−メタノール10.5g(0.11mol、Sigma Aldrich社製)を滴下し、42時間85℃で加熱還流した。反応終了後、炭酸ナトリウム5質量%水溶液800mlを加えて抽出し、ベンゼン層を水洗、乾燥後ベンゼンを留去して黄色固体としてG−2(1−ヒドロキシエチル−2−ヒドロキシメチルイミダゾール)12.7gを得た(収率84%)。
〔4.イオン導電剤の製造例〕
[イオン導電剤A−1の合成]イオン導電剤の合成法(I−1)を使用
滴下ろうとを取り付けた三つ口フラスコ内に撹拌子を入れ、トリス(ヒドロキシエチル)メチルアンモニウムヒドロキシド45〜50%水溶液30ml(78mmol相当、東京化成工業社製)、純水308mlを入れて、濃度0.23mol/lの水溶液を調製して、窒素置換した。フラスコを氷浴に入れ、反応液を0℃に保った。溶液の温度を0℃に保ちながら、滴下ろうとを用いて、純水30mlにビス(トリフルオロメタンスルホニル)アミド(関東化学製)を21.9g(78mmol、1.0eq)溶解させた水溶液を30分間かけて滴下した。滴下が終わった後に氷浴を取り外し、温度を室温に戻した。さらに2時間反応させ、水を減圧留去した。真空ラインを用いて乾燥し、黄色液体としてイオン導電剤A−1(トリス(ヒドロキシエチル)メチルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)を34.6g得た(収率100%)。イオン導電剤A−1の合成スキームを、以下に示す。
Figure 0006666031
[イオン導電剤A−3〜A−10、A−24、A−25の合成]
原料となる水酸化物、酸の種類及び添加量を、表3に記載の通り変更した以外は、イオン導電剤A−1の合成と同様にして、イオン導電剤A−3〜A−10、A−24、A−25を合成した。
Figure 0006666031
[イオン導電剤A−2の合成]イオン導電剤の合成法(I−2)を使用
ジムロート冷却器をつけた三口フラスコ内に撹拌子を入れ、三級アミンとしてN−メチルジエタノールアミン30g(0.25mol、東京化成製)、酢酸エチル200ml(1.25mol/l)、エステル化合物としてN−メチルビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド74.4g(0.25mol、Sigma Aldrich社製)を入れ、窒素雰囲気下で20時間還流した。反応後反応液を冷却し、酢酸エチル/水で分液した。有機層を回収し、硫酸マグネシウムで脱水、ろ過後、乾燥し、無色透明液体としてイオン導電剤A−2(ビス(ヒドロキシエチル)ジメチルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)を78.6g得た(収率76%)。イオン導電剤A−2の合成スキームを以下に示す。
Figure 0006666031
[イオン導電剤A−11〜A−15、A−20、A−21の合成]
原料となる三級アミン、エステル化合物の種類及び添加量を、表4に記載の通り変更した以外は、イオン導電剤A−2の合成と同様にして、イオン導電剤A−11〜A−15、A−20、A−21を合成した。
Figure 0006666031
[イオン導電剤A−16の合成]イオン導電剤の合成法(I−3)を使用
撹拌機、温度計及び加熱冷却装置を備えたステンレス製の耐圧反応容器内に、G−2(1−ヒドロキシエチル−2−ヒドロキシメチルイミダゾール)8g(56.3mmol)、ジメチル炭酸10.1g(0.11mol、関東化学社製)及びメタノール50mlを入れ、室温で撹拌し溶解させた。次に容器を密閉し、反応溶液を撹拌しながら130℃まで昇温し、反応容器内の圧力を0.5MPa以下に保ちながら130℃で40時間反応させた。その後反応液を25℃まで冷却し、1−ヒドロキシエチル−2−ヒドロキシメチル−3−メチルイミダゾリウムモノメチル炭酸塩のメタノール溶液50ml(炭酸塩の濃度として1.13mol/l)を得た。
次いで、得られたイミダゾリウム炭酸塩のメタノール溶液50mlに、室温で純水20mlにアニオン原料としてビス(トリフルオロメタンスルホニル)アミドを31.7g(0.11mol、関東化学社製)溶解させた水溶液を滴下した。30分間撹拌後、炭酸の気泡の発生がなくなったことを確認した後に、溶媒を減圧留去した。得られた溶液を酢酸エチル/水で分液し、有機層を硫酸マグネシウムで脱水、ろ過後、溶媒を減圧留去した。得られた粘凋液体を乾燥し、無色透明液体としてイオン導電剤A−16(1−ヒドロキシエチル−2−ヒドロキシメチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)を16.5g(37.7mmol、収率67%)得た。
[イオン導電剤A−17〜A−19の合成]
反応に用いるG−2、ジメチル炭酸及びメタノールの量は変更せず、アニオン原料の種類及び配合量を、表5に記載の通り変更した以外は、イオン導電剤A−16の合成と同様にして、イオン導電剤A−17〜A−19を合成した。
Figure 0006666031
[イオン導電剤A−22の合成]イオン導電剤の合成法I−1〜I−3以外の製法(以下、合成法(I−4)と称する。)
求核剤であるトリエタノールアミン30g(0.20mol、東京化成工業社製)をアセトニトリル50mlに溶解し、室温でヨードメタン57.2g(0.40mol、東京化成製)を加えた後、90℃で72時間加熱還流した。その後溶媒を減圧留去した。得られた濃縮物をジエチルエーテルにて洗浄し、上澄み液をデカンテーションにて除去した。洗浄とデカンテーションの操作を3回繰り返し、残留物を得た。得られた残留物は、トリス(ヒドロキシエチル)メチルアンモニウムヨージドを含む混合物である。
ヨウ化物イオンを目的のアニオンに交換するため、得られた残留物をフラスコ内においてアセトン200mlに溶解させた後、アセトン100mlに溶解させたアニオン原料であるリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド104g(0.36mol、関東化学社製)を加え、24時間室温で攪拌した。目的とするイオン導電剤は酢酸エチルに不溶なため、酢酸エチル/水で分液し、水層を回収した。水を減圧留去し、得られた黄色液体を60℃で加熱しながら減圧下で12時間乾燥し、黄色液体としてイオン導電剤A−22(トリス(ヒドロキシエチル)メチルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)を60g(0.13mol、収率67%)得た。
[イオン導電剤A−26〜A−32の合成]
反応に用いるアニオン原料の種類及び配合量を、表6に記載の通り変更した以外は、イオン導電剤A−22の合成と同様にして、イオン導電剤A−26〜A−32を合成した。
Figure 0006666031
[イオン導電剤A−23]
イオン導電剤A−23としては、市販品のブチルトリメチルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)を使用した。
表7に、以上のイオン導電剤A−1〜A−32をまとめて示す。
Figure 0006666031
〔5.イソシアネート基末端プレポリマーの製造例〕
[イソシアネート基末端プレポリマーB−1の合成]
反応容器内を窒素雰囲気として、反応容器内にイソシアネートD−1(ポリメリックMDI(商品名:ミリオネートMR200、日本ポリウレタン工業社製))38質量部を入れた。次いで、反応容器内の温度を65℃に保持しつつ、ポリオールF−1(ポリ(テトラメチレングリコール)(商品名:PTMG2000;三菱化学社製))100質量部を反応容器内に、徐々に滴下した。滴下終了後、温度65℃で2時間反応させた。得られた反応混合物を室温まで冷却し、メチルエチルケトン(以下、「MEK」という。)50質量部で希釈し、イソシアネート基含有量3.4質量%のイソシアネート基末端プレポリマーB−1の溶液を得た。
[イソシアネート基末端プレポリマーB−2〜B−4の合成]
反応に用いるイソシアネートとポリオールの種類及び配合量を、表8〜表10に記載の通りに変更した以外は、イソシアネート基末端プレポリマーB−1の場合と同様にして、イソシアネート基末端プレポリマーB−2〜B−4を合成した。
Figure 0006666031
Figure 0006666031
Figure 0006666031
〔6.塗料の製造例〕
[塗料1]
表面層の材料として、下記表11に示す材料を撹拌混合した。次に、総固形分比が30質量%となるようにMEKを加えた後、ジルコニアビーズ(中心粒径0.8mm)を混合液の質量に対して2倍になるように仕込み、内壁がジルコニア製のサンドミルにて混合した。更に、MEKで粘度10〜13cpsに調整して表面層形成用塗料を調製した。
Figure 0006666031
[塗料2〜13、18〜24、26、27、29〜37]
表面層の材料として、下記表12〜表14の材料を用いた以外は塗料1と同様にして各塗料を作成した。
Figure 0006666031
Figure 0006666031
Figure 0006666031
前記した、方法(J−2)に係る方法に基づく樹脂の製造に用いる塗料14〜16を以下のように調製した。
[塗料14]
表面層の材料として、下記表15に示す材料を撹拌混合した。次いで、塗料1の場合と同様にして、塗料14を調製した。
Figure 0006666031
[塗料15、16]
表面層の材料として、下記表16に示す材料を用いた以外は塗料14の調製と同様にして各塗料を作成した。
Figure 0006666031
[塗料17]
表面層の材料として、下記表17に示す材料を撹拌混合した。次いで、塗料1の場合と同様にして、塗料17を調製した。
Figure 0006666031
[塗料25]
塗料の混合に、ジルコニアビーズに代えてソーダガラスビーズ(中心粒径0.8mm)を用いたこと以外は、塗料29と同様にして、塗料25を調製した。
[塗料28]
塗料の混合に、ジルコニアビーズに代えてソーダガラスビーズ(中心粒径0.8mm)を用いたこと以外は、塗料1と同様にして、塗料28を調製した。
〔実施例1〕
先に作成した弾性ローラD−1を、先に調製した塗料1に浸漬して、弾性ローラD−1の弾性層の表面に当該塗料の塗膜を形成し、乾燥させた。さらに温度160℃にて1時間加熱処理することで弾性層の外周に膜厚約15μmの表面層を設け、実施例1に係る電子写真用部材を作製した。
〔実施例2〜15、19〜24、30〜32、比較例1〜5、8〜11〕
実施例1で用いた塗料の種類を表18に記載の通り変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例2〜15、19〜25、30〜32、比較例1〜5、8〜11に係る電子写真用部材を作製した。
〔実施例16〜18〕
加熱処理温度を180℃に変更し、塗料の種類を、表18に記載の通り変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例16〜18に係る電子写真用部材を作製した。
〔実施例25〕
塗料1を塗料25に変更し、実施例1と同様に弾性ローラD−1の外周に表面層を形成させた後に、弾性ローラを、全体が覆われるように1000mlの純水に浸漬させ、23℃で7日間放置した。その後弾性ローラを取り出し、120℃で3時間乾燥し、実施例25に係る電子写真用部材を作製した。
〔実施例26〕
弾性ローラD−1を弾性ローラD−2に変更した以外は実施例1と同様にして塗布、乾燥および加熱を行って実施例26に係る電子写真用部材を作製した。
〔実施例27、比較例6〕
実施例26で用いた塗料の種類を表18に記載の通り変更した以外は、実施例26と同様にして、実施例27、比較例6に係る電子写真用部材を作製した。
〔実施例28〕
図4は、本発明に係る現像ブレードの断面を示す図である。先に作成した支持基材D−3を、長手側端部からの長さ51が1.5mmになるように、塗料1中に浸漬して、該支持基材の表面上に塗料の塗膜を形成し、乾燥させた。さらに温度160℃にて1時間加熱処理することで、SUSシートの長手側端部表面に膜厚52が約15μmの樹脂層50を設け、実施例28に係る現像ブレードを作成した。
〔実施例29、比較例7〕
実施例28で用いた塗料の種類を表18に記載の通り変更した以外は、実施例28と同様にして、実施例29、比較例7に係る現像ブレードを作製した。
Figure 0006666031
表面層中の樹脂が、請求項1に係る構造を含むことは、公知の分析方法、即ち熱分解GC/MS、発生ガス分析(EGA−MS)、FT−IRまたはNMRによる分析により確認することが可能である。
〔電子写真用部材の評価〕
まず、先に作成した実施例1〜25、30〜32、比較例1〜5、8〜11に係る電子写真用部材を現像ローラとして、下記項目の評価を実施した。
1.現像ローラとしての評価
<1−1.現像ローラの抵抗値>
図5に示すように、現像ローラに直流電圧を印加した際の、現像ローラの電気抵抗値を測定した。導電層の導電性が高いと、得られる現像ローラの電気抵抗値は小さくなる。まず、図5(a)において、導電性の軸受け38を介して導電性の基体2の両端を各々4.9Nの荷重で押して回転中の直径40mmの円柱形金属37に接触させて、現像ローラを60rpmの速度で従動回転させた。次に図5(b)に示すように、高圧電源39によって電圧50Vを印加し、円柱形金属37とグランドとの間に配設した既知の電気抵抗値(現像ローラの電気抵抗値に対して2桁以上電気抵抗値が低いもの)を有する抵抗器の両端の電位差を計測した。当該電位差の計測には、電圧計40(FLUKE社製 189TRUERMS MULTIMETER)を用いた。測定した電位差と抵抗器の電気抵抗値から、現像ローラを介して円柱形金属に流れた電流値を計算により求めた。ここで、該電位差の計測は、電圧印加2秒後から3秒間サンプリングを行い、その平均値から計算される値をローラ電流値とした。印加電圧50Vを、得られた電流で割ることにより現像ローラの電気抵抗値を求めた。測定は、温度23℃、相対湿度55%の環境(以下「N/N環境」という。)中に6時間以上放置した現像ローラを用いて、N/N環境下で行った。
<1−2.ローラの摩擦帯電量>
ローラ摩擦帯電量の測定は、温度35℃、相対湿度85%の環境(以下「H/H環境」という。)中に6時間以上現像ローラを放置してから、H/H環境下において、下記手順に従って行った。
測定には、図6に示した測定部を、カスケード式表面帯電量測定装置TS−100AT(商品名、京セラケミカル社製)に接続して使用した。図6に示すように絶縁支持棒48によって現像ローラ42の基体を支持し、キャリア43を粉体投入口41に投入して10秒間落下させてキャリア43に接触帯電を生じさせた。キャリアは、標準キャリアN−01(日本画像学会)を使用した。絶縁板45上に設置された受け皿44内に落下したキャリア43の総帯電量を、コンデンサ46と並列に接続された電位計47で測定し、帯電量Q(μC)とした。さらに、受け皿44内に落下したキャリアの質量(g)を測定し、これらの値から、単位質量あたりの帯電量Q/M(μC/g)を帯電量とした。なお、本測定での現像ローラによって得られる摩擦帯電量を、「帯電量1」とした。
<1−3.現像ローラの導電層中の金属含有量>
現像ローラの導電層中に含まれる金属の含有量を評価した。まず、現像ローラの表面を被覆している導電層を剥がした。剥がした導電層を正確に秤量し、加熱灰化し、灰分を硝酸、フッ化水素酸で加熱溶解し、乾固後、希硝酸に溶解し定容とした。得られた定容液について、ICP質量分析装置(アジレント・テクノロジー製 Agilent4500)を用いて、誘導結合プラズマ−質量分析(ICP−MS分析)に供した。各金属について、各々濃度既知の溶液から検量線を作成し、各サンプルについて2回測定し、2回の平均値を各金属の含有量とした。表中には、検出された金属のみ記載した。その他の金属は検出下限(1ppm)以下であった。
<1−4.規制不良評価>
評価対象としての現像ローラを、レーザープリンター(商品名、LBP7700C;キヤノン社製)に装填して規制不良の評価を行った。先ず、評価対象の現像ローラを装填したレーザープリンターを温度20℃、相対湿度30%の環境(以下「L/L環境」という。)中に設置後6時間以上放置した。次いで、黒色で、印字率1%の画像を100枚のコピー用紙に対して連続出力した後に、新しいコピー用紙に白ベタ画像を出力した。これらの画像を出力した後、現像ローラの表面のトナーコートの状態観察を行い、トナーへの環状帯電に起因する静電的トナー凝集(規制不良)の有無を目視で観察した。この観察結果を以下の基準で評価した。
A:トナーコート上に規制不良が存在しない。
B:トナーコート上には規制不良が存在するが、画像に出ていない。
C:規制不良が画像に現れる。
<1−5.かぶり画像評価>
まず、現像ローラを温度45℃、相対湿度95%の環境下に14日間放置した。放置後の現像ローラを、レーザープリンターに装填し、規制不良の評価と同様にH/H環境中に設置し、6時間以上放置した。次いで、印字率1%の画像を100枚のコピー用紙に対して連続出力した後に、新しいコピー用紙に白ベタ画像を出力し、白ベタ画像の出力中にプリンターを停止した。この時、感光体上に付着した現像剤をテープ(商品名、CT18;ニチバン社製)ではがし取り、反射濃度計(商品名、TC−6DS/A;東京電飾社製)にて反射率R1を測定した。テープの反射率R0を基準としたときの反射率の低下量「R0―R1」(%)を測定し、これを「かぶり値」とした。
<1−6.現像剤の摩擦帯電量>
現像剤に対する現像ローラの帯電付与性を評価するために、摩擦帯電量を測定した。上記かぶり画像評価の際に、現像ローラの、現像剤規制ブレードと、感光体当接位置に挟まれた部分のうち周方向の幅が狭い部分に担持された現像剤を、金属円筒管と円筒フィルターにより吸引捕集し、その際、金属円筒管を通じてコンデンサに蓄えられた電荷量(測定機 商品名、8252;エーディーシー社製)と、吸引された現像剤の質量を測定した。これらの値から、単位質量あたりの電荷量(μC/g)を算出した。負帯電性の現像剤を用いる場合、単位質量あたりの電荷量の符号が負であり、絶対値が大きいほど、現像ローラの帯電付与性が高いと言える。なお、本測定での現像ローラによって得られる摩擦帯電量を、「帯電量2」とした。
Figure 0006666031
なお、表19中、ローラ抵抗値の値が「5.7.E+06」であるとの記載は、ローラの電気抵抗値が、5.7×10Ωであることを意味している。
実施例1〜25、30〜32に係る現像ローラは本発明に係る構造の樹脂を導電層に有しているため、規制不良が発生せず、さらに、H/H環境下においてもかぶりが2%未満である。
それに対し、比較例2では、規制不良が発生した。規制不良は、現像ローラの電気抵抗値が高くなり、トナーの帯電が不均一になってしまった結果、生じたものと考えられる。比較例1、3、4、5、8〜11では、かぶりが発生した。かぶりに関しては、イオン性の化合物が導電層表面に移行した結果、現像ローラの帯電付与性が低くなり、トナーを所定の帯電量に帯電することができなかったために生じたものと考えられる。
2.帯電ローラとしての評価
実施例26、27及び比較例6に係る電子写真用部材を帯電ローラとして、以下の項目について評価を行った。
<2−1.帯電ローラの抵抗値>
現像ローラの代わりに帯電ローラを用い、印加する電圧を200Vに変更した以外は前記<1−1.現像ローラの抵抗値>と同様にして帯電ローラの電気抵抗値を測定した。
<2−2.帯電ローラの導電層中の金属元素含有量>
現像ローラの代わりに帯電ローラを用いた以外は前記<1−3.現像ローラの導電層中の金属元素含有量>と同様にして帯電ローラの導電層中の金属元素含有量を測定した。
<2−3.横スジ画像評価>
帯電ローラの電気抵抗が上昇することで、ハーフトーン画像に細かいスジ状の濃度ムラが発生することがある。これを横スジ画像と呼ぶ。この横スジ画像は帯電ローラの電気抵抗が上昇するほど悪化する傾向にあり、表面にトナーが付着することによって引き起こされることがある。そこで、本発明の電子写真用部材を帯電ローラとして組込み以下の評価を行った。
実施例26に係る帯電ローラを、45℃、相対湿度95%の環境下に14日間放置した。その後、電子写真式のレーザープリンター(商品名:HP Color Laserjet Enterprise CP4515dn HP社製)にこの帯電ローラを装填した。このレーザープリンターを、H/H環境中に設置後2時間放置した。次いで黒色印字濃度4%画像(感光体の回転方向と垂直方向に幅2ドット、間隔50ドットの横線を描く画像)を出力した。100枚の画像出力後に画像チェックのためにハーフトーン画像(感光体の回転方向と垂直方向に幅1ドット、間隔2ドットの横線を描く画像)を出力した。得られた画像を目視にて観察し、横スジを以下の基準により評価した。
A:横スジが全く発生しないレベルである。
B:横スジが画像端部のみに軽微に発生するレベルである。
C:横スジが画像のほぼ半分の領域に発生し、目立つレベルである。
Figure 0006666031
実施例26、27では横スジの発生がなく、良好な画像が得られた。比較例6では、帯電ローラのトナーに対する帯電付与性が低下し、帯電ローラの表面に静電的にトナーが付着した結果、帯電ローラの表面の電気抵抗が上昇し、感光体を均一に帯電することができなくなり、横スジが発生したと考えられる。
3.現像剤規制部材としての評価
実施例28、29及び比較例7に係る現像ブレードを現像剤規制部材として、以下の項目について評価を行った。
<3−1.現像剤規制部材の電気抵抗値>
現像剤規制部材の電気抵抗値の測定は、N/N環境中に6時間以上現像剤規制部材を放置し、N/N環境下で測定を行った。現像剤規制部材の電気抵抗値の測定は図5に示すローラ抵抗値変動評価冶具を用いて、次のように行った。図5(a)において、導電性の軸受け38を介して現像剤規制部材の両端の、樹脂層を形成していない支持基材の部分を、各々4.9Nの荷重で押して直径40mmの円柱形金属37に接触させた状態で、現像剤規制部材を固定した。次に高圧電源39によって電圧50Vを印加し、円柱形金属37とグランドとの間に配設した既知の電気抵抗値(現像剤規制部材の電気抵抗値に対して2桁以上電気抵抗値が低いもの)を有する抵抗器の両端の電位差を計測した。当該電位差の計測には、電圧計40(FLUKE社製 189TRUE RMS MULTIMETER)を用いた。
測定した電位差と抵抗器の電気抵抗値から、現像剤規制部材を介して円柱形金属に流れた電流値を計算により求めた。印加電圧50Vを得られた電流値で割ることにより現像剤規制部材の電気抵抗値を求めた。ここで、該電位差の計測は、電圧印加2秒後から3秒間サンプリングを行い、その平均値から計算される値を現像剤規制部材の電気抵抗値とした。
<3−2.現像剤規制部材の導電層の金属含有量>
現像剤規制部材の導電層の金属含有量を、前記<1−1.現像ローラの導電層中の金属元素含有量>の場合と同様にして、金属含有量の測定に供した。
<3−3.現像剤規制部材の摩擦帯電量>
現像ローラの代わりに現像剤規制部材を用いた以外は前記<1−2.現像ローラの摩擦帯電量>と同様にして現像剤規制部材の摩擦帯電量を測定した。なお、本測定での現像剤規制部材によって得られる摩擦帯電量を、「帯電量1」とした。
<3−4.規制不良評価、かぶり画像評価、現像剤の摩擦帯電量>
本発明に係る現像ローラに変更せず、本実施例に係る現像剤規制部材を装填した以外は、現像ローラの前記<1−4.規制不良評価>、<1−5.かぶり画像評価>、<1−2.現像剤の摩擦帯電量>と同様にして、各評価、測定を実施した。なお、本測定での現像剤規制部材によって得られる摩擦帯電量を、「帯電量2」とした。
Figure 0006666031
実施例28、29では、本発明に係る構造の樹脂を導電層に有しているため、L/L環境下で規制不良が発生せず、さらに、H/H環境下でもかぶりが2%未満である。それに対し、比較例7では、規制不良が発生した。L/L環境下での規制不良は、現像剤規制部材の電気抵抗値が高くなり、現像剤規制部材の電圧が規定の値まで印加されず、トナーの帯電が不均一になってしまった結果、生じたものと考えられる。

Claims (17)

  1. 導電性の基体、および、該基体上の導電層、を有する電子写真用部材であって、
    該導電層が、カチオン性有機基を分子内に有する樹脂と、アニオンと、を含み、
    該導電層に含まれるアルカリ金属及びアルカリ土類金属の含有量の総和が500ppm以下であり、
    該アニオンが、フッ化スルホン酸アニオン、フッ化カルボン酸アニオン、フッ化スルホニルイミドアニオン、フッ化スルホニルメチドアニオン、フッ化アルキルフルオロホウ酸アニオン、フッ化リン酸アニオン、フッ化アンチモン酸アニオン、及びフッ化ヒ酸アニオンの群から選ばれる少なくとも一つであることを特徴とする電子写真用部材。
  2. 前記樹脂が、分岐構造を有するポリマー鎖を含み、該ポリマー鎖の分岐部に前記カチオン性有機基が存在している請求項1に記載の電子写真用部材。
  3. 導電性の基体、および、該基体上の導電層、を有する電子写真用部材であって、
    該導電層が、下記の樹脂(a)または樹脂(b)を含み、
    該導電層に含まれるアルカリ金属及びアルカリ土類金属の含有量の総和が500ppm以下であることを特徴とする電子写真用部材:
    樹脂(a):
    イオン導電剤と、水酸基と反応可能な第1の化合物との反応物であって、
    該イオン導電剤が、アニオンと、水酸基を2個以上有するカチオンとを含み、
    該アニオンが、フッ化スルホン酸アニオン、フッ化カルボン酸アニオン、フッ化スルホニルイミドアニオン、フッ化スルホニルメチドアニオン、フッ化アルキルフルオロホウ酸アニオン、フッ化リン酸アニオン、フッ化アンチモン酸アニオン、及びフッ化ヒ酸アニオンの群から選ばれる少なくとも一つである樹脂;
    樹脂(b):
    三級アミンの窒素原子を分子内に3個以上有する第2の化合物と、
    −N(SO212 および −OSO22で表される基の少なくとも一方を分子内に2個以上有する第3の化合物との反応物(但し、R及びRは、それぞれ独立して、Fまたは炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基である。)。
  4. 前記イオン導電剤が、前記アニオンと、水酸基を3個以上有するカチオンとを含む請求項3に記載の電子写真用部材。
  5. 前記第3の化合物が、下記化学式(1)〜(4)で示される化合物から選択される少なくとも1つである請求項3に記載の電子写真用部材:
    Figure 0006666031
    [化学式(1)〜(4)中、A1〜A6は、それぞれ独立して、−N(SO212又は−OSO22を示す。RaおよびRbは、それぞれ独立して、Hまたは置換基を有していても良いアルキル基である。m1は、1〜30の整数であり、m2〜m5は、それぞれ独立して1〜15の整数であり、Xは、2または3であり、Rcは、置換基を有していても良いアルキル基であり、Yは、2〜10の整数である。]。
  6. 前記第3の化合物が、前記化学式(1)で示される化合物である請求項5に記載の電子写真用部材。
  7. 前記イオン導電剤が、下記(1)または(2)である請求項4に記載の電子写真用部材:
    (1)カチオンの水酸化物、メチル炭酸塩、エチル炭酸塩、プロピル炭酸塩、及び炭酸水素塩の群から選ばれる一つと、アニオンの共役酸との反応物である;
    (2)フッ化スルホン酸エステル、フッ化カルボン酸エステル、及びN−アルキルビス(フッ化スルホニル)イミドの群から選ばれる一つと、三級アミン化合物との反応物である。
  8. 電子写真装置の本体に着脱可能に構成されている電子写真用部材を備えたプロセスカートリッジであって、該電子写真用部材の少なくとも1つが、請求項1〜7のいずれか一項に記載の電子写真用部材であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
  9. 電子写真用部材を備えた電子写真装置であって、該電子写真用部材の少なくとも1つが、請求項1〜7のいずれか一項に記載の電子写真用部材であることを特徴とする電子写真装置。
  10. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の電子写真用部材の製造方法であって、
    (1)導電性の基体上に、水酸基を2個以上有するカチオンと、水酸基と反応可能な化合物とを含む塗料の塗膜を形成する工程と、
    (2)該塗膜中の、該水酸基を2個以上有するカチオンと、該水酸基と反応可能な化合物とを反応させることによって導電層を形成する工程と、
    を有し、
    該工程(1)に先立って、
    該水酸基を2個以上有するカチオンと、アニオンとを有するイオン導電剤を調製する工程を有し、
    該イオン導電剤を調製する工程が、水酸基を2個以上有するカチオンと水酸化物アニオンとを有する化合物と、アニオンとプロトンとを有する化合物と、を反応させる工程
    を含む、ことを特徴とする電子写真用部材の製造方法。
  11. 前記イオン導電剤を調製する工程が、水酸基を3個以上有するカチオンと水酸化物アニオンとを有する化合物と、アニオンとプロトンとを有する化合物と、を反応させる工程を含む請求項10に記載の電子写真用部材の製造方法。
  12. 前記水酸基を2個以上有するカチオンと水酸化物アニオンとを有する化合物が、トリス(ヒドロキシアルキル)アルキルアンモニウムヒドロキシド、およびビス(ヒドロキシアルキル)ジアルキルアンモニウムヒドロキシド、から選択される少なくとも1つであり、前記アニオンとプロトンとを有する化合物が、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)アミド、ビス(ノナフルオロブタンスルホニル)アミド、4,4,5,5,6,6−ヘキサフルオロジヒドロ−4H−1,3,2−ジチアジン1,1,3,3−テトラオキシド、トリフルオロメタンスルホン酸、ノナフルオロブタンスルホン酸、トリフルオロ酢酸、ヘプタフルオロ酪酸、トリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチド、および、トリフルオロメチルトリフルオロホウ酸の群から選択される少なくとも1つである請求項10または11に記載の電子写真用部材の製造方法。
  13. 前記イオン導電剤を調製する工程が、三級アミン化合物と、前記アニオンのイミド化物と、を反応させる工程を含む請求項10〜12のいずれか一項に記載の電子写真用部材の製造方法。
  14. 前記三級アミン化合物が、N−メチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、2−ピリジンエタノール、1−ヒドロキシエチル−2−ヒドロキシメチルイミダゾール、N−ヒドロキシエチルピロリドン、および、N−ヒドロキシエチルピペリジンから選択される少なくとも1つであり、
    前記アニオンのイミド化物が、N−メチルビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、および、N−ヒドロキシエチルビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドから選択される少なくとも1つである請求項13に記載の電子写真用部材の製造方法。
  15. 前記イオン導電剤を調製する工程が、水酸基を2個以上有するカチオンのアルキル炭酸塩または炭酸水素塩と、アニオンとプロトンとを有する化合物と、を反応させる工程を含む請求項10に記載の電子写真用部材の製造方法。
  16. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の電子写真用部材の製造方法であって、
    (1)導電性の基体上に、三級アミンの窒素原子を3個以上有する化合物と、−N(SO212 および −OSO22で表される基の少なくとも一方を分子内に2個以上有する化合物(但し、R及びRは、それぞれ独立して、Fまたは炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基である。)と、を含む塗料の塗膜を形成する工程、および、
    (2)該塗膜中の、該三級アミンの窒素原子を3個以上有する化合物と、−N(SO212 および −OSO22で表される基の少なくとも一方を分子内に2個以上有する化合物と、を反応させることによって、導電層を形成する工程、
    を有することを特徴とする電子写真用部材の製造方法。
  17. 前記三級アミンの窒素原子を3個以上有する化合物が、ポリ(1−ビニルイミダゾール)、ポリ(4−ビニルピリジン) およびポリ(ジメチルアミノエチルメタクリレート)の群から選択される少なくとも1つであり、
    前記−N(SO212 および −OSO22で表される基の少なくとも一方を分子内に2個以上有する化合物(但し、R及びRは、それぞれ独立して、Fまたは炭素数1〜5のパーフルオロアルキル基である。)が、下記化学式(1)〜(4)で示される化合物の群から選択される少なくとも1つである請求項16に記載の電子写真用部材の製造方法:
    Figure 0006666031
    [化学式(1)〜(4)中、A1〜A6は、それぞれ独立して、−N(SO212又は−OSO22を示す。RaおよびRbは、それぞれ独立して、Hまたは置換基を有していても良いアルキル基である。m1は、1〜30の整数であり、m2〜m5は、それぞれ独立して1〜15の整数であり、Xは、2または3であり、Rcは、置換基を有していても良いアルキル基であり、Yは、2〜10の整数である。]。
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