JP7134754B2 - 電子写真用部材、プロセスカートリッジおよび電子写真画像形成装置 - Google Patents
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Description
導電性の支持体と、支持体上の弾性層とを有する電子写真用部材であって、
その表面に複数個の該弾性層で構成される凸部を有し、
複数個の該凸部間の谷部に、樹脂を含む充填部を有し、
該充填部の高さは、該凸部の高さ未満であり、かつ、
該電子写真用部材の表面は、
該充填部で被覆されていない該弾性層の表面である第1領域と、
該充填部の表面である第2領域と、を含み、
該第2領域の表面で測定されるマルテンス硬度をH2とし、該第1領域の表面で測定されるマルテンス硬度をH1としたとき、H2>H1であり、かつ、該H1と、該H2の差が0.5N/mm 2 以上、35.0N/mm 2 以下である、
電子写真用部材が提供される。
電子写真画像形成装置の本体に着脱可能に構成されている電子写真プロセスカートリッジであって、電子写真用部材を有している現像装置を備え、
該電子写真用部材が、導電性の支持体と、支持体上の弾性層とを有し、
該電子写真用部材は、
その表面に複数個の該弾性層で構成される凸部を有し、
複数個の該凸部間の谷部に、樹脂を含む充填部を有し、
該充填部の高さは、該凸部の高さ未満であり、かつ、
該電子写真用部材の表面は、
該充填部で被覆されていない該弾性層の表面である第1領域と、
該充填部の表面である第2領域と、を含み、
該第2領域の表面で測定されるマルテンス硬度をH2とし、該第1領域の表面で測定されるマルテンス硬度をH1としたとき、H2>H1であり、該H1と、該H2の差が0.5N/mm 2 以上、35.0N/mm 2 以下であり、
該電子写真用部材を、現像部材として具備し、かつ、
トナー供給ローラ、トナー規制部材および電子写真感光体からなる群から選ばれる少なくとも一つの部材を更に具備し、該部材が、該現像部材の表面に当接している、
電子写真プロセスカートリッジが提供される。
静電潜像を担持する像担持体と、該像担持体を一次帯電する帯電装置と、一次帯電された該像担持体に静電潜像を形成する露光装置と、該静電潜像をトナーにより現像してトナー画像を形成するための現像装置と、該トナー画像を転写材に転写する転写装置とを有する電子写真画像形成装置であって、
該現像装置が、現像部材として電子写真用部材を有し、
該電子写真用部材は、
導電性の支持体と、該支持体上の弾性層とを有し、
その表面に複数個の該弾性層で構成される凸部を有し、
複数個の該凸部間の谷部に、樹脂を含む充填部を有し、
該充填部の高さは、該凸部の高さ未満であり、かつ、
該電子写真用部材の表面は、
該充填部で被覆されていない該弾性層の表面である第1領域と、
該充填部の表面である第2領域と、を含み、
該第2領域の表面で測定されるマルテンス硬度をH2とし、該第1領域の表面で測定されるマルテンス硬度をH1としたとき、H2>H1であり、
該H1と、該H2の差が0.5N/mm 2 以上、35.0N/mm 2 以下であり、かつ、
トナー供給ローラ、トナー規制部材および電子写真感光体からなる群から選ばれる少なくとも一つの部材を更に具備し、該部材が、該現像部材の表面に当接している、
電子写真画像形成装置が提供される。
図2に示すように、該電子写真用部材は、その表面においては、第1領域5が、連続した領域(以降、「マトリックス」ともいう)を構成し、第2領域が、互いに独立した領域(以降、「ドメイン」ともいう)6を構成している。
支持体としては、例えば、円柱状または円筒状の軸芯体を用い得る。支持体は、たとえば、以下の如き導電性の材料で構成される。
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。
支持体は、その外表面には、外表面上に設けられる弾性層との接着性を向上させる目的で、適宜公知の接着剤を塗布しても構わない。
弾性層は、樹脂及びゴムの如き弾性材料を含有する。樹脂及びゴムとしては、具体的には、例えば以下が挙げられる。ポリアミド、ナイロン、ポリウレタン樹脂、尿素樹脂、ポリイミド、メラミン樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、アルキド樹脂、ポリエステル、ポリエーテル、アクリル樹脂、およびこれらの混合物。エチレン-プロピレン-ジエン共重合ゴム(EPDM)、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)、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム、シリコーンゴム、エピクロロヒドリンゴム、NBRの水素化物。これらのうち、ポリウレタン樹脂が、トナーへの摩擦帯電性能に優れ、且つ柔軟性に優れる為にトナーとの接触機会を得られやすく、且つ耐摩耗性を有するので好ましい。また、弾性層を2層以上の積層構成にする場合もポリウレタン樹脂を最表面の弾性層2として用いることが好ましい。ポリウレタン樹脂としてはエーテル系ポリウレタン樹脂、エステル系ポリウレタン樹脂、アクリル系ポリウレタン樹脂、フッ素系ポリウレタン樹脂、カーボネート系ポリウレタン樹脂、オレフィン系ウレタン樹脂が挙げられる。
導電性カーボン、例えば、ケッチェンブラックEC、アセチレンブラックの如きカーボンブラック;SAF(Super Abrasion Furnace)、ISAF(IntermediateSAF)、HAF(High Abrasion Furnace)、FEF(Fast Extruding Furnace)、GPF(General Purpose Furnace)、SRF(Semi-Reinforcing Furnace)、FT(Fine Thermal)、MT(Medium Thermal)の如きゴム用カーボン;酸化処理を施したカラー(インク)用カーボン;銅、銀、ゲルマニウムの如き金属およびその金属酸化物。
他部材との当接圧が特に強い第1領域の凸部を、大きく且つ複雑な変形をして潰れた状態とすることが、第2領域の役割である。これを成すために、第2領域の表面で測定されるマルテンス硬度H2を、第1領域の表面で測定されるマルテンス硬度H1よりも高くする。このために、凸部間の谷部を、第1領域を構成する材料(弾性層材料)よりも硬い樹脂を含む材料を用いて充填し、充填部を形成する。
弾性層の露出部分である第1領域は、電子写真用部材の表面に凸部を生じさせている。これによって、本発明の効果を生み出すに有効な、トナー供給ローラやトナー規制部材、像担持体などの他部材との当接部における、電子写真用部材の表面の微小領域において、大きく、複雑な変形をする為の、潰れるべき凸形状が良好にもたらされる。このような凸部は、例えば、弾性層中に粗し粒子の添加や、弾性層の表面への型転写により形成し得る。
電子写真用部材において、弾性層が露出した領域である第1領域で測定されるマルテンス硬度H1は0.2N/mm2以上、25.0N/mm2以下が好ましい。この範囲であれば、トナー供給ローラやトナー規制部材との摺擦に対して、当接部が、より削れ難く、且つ潰れやすいからである。
計算式(1)
マルテンス硬度=最大押し込み荷重/26.43×(押し込み深さ)2
マルテンス硬度H2は、1.2N/mm2以上、32.0N/mm2以下が好ましい。この範囲であれば、他部材との当接部において、第1領域の凸部が潰れようとするのに対し、第2領域を構成している充填部が、適度な硬さをもつことにより、底部の盛り上がりをより抑えることができる。その結果、第2領域上に第1領域の凸部がより潰れた状態となり、本発明の効果を発揮し易くなる。
電子写真用部材の表面において、第2領域で被覆された部分の平均面積比率(被覆率)が20%以上、80%以下であることが好ましく、30%以上、70%以下であることがより好ましい。この平均面積比率が前記範囲内であると、他部材との当接部において、第1領域の凸部が潰れようとする際、底部の盛り上がりがより抑えられ、第2領域上に第1領域の凸部がより潰れた状態となる。この結果、電子写真用部材の表面の微小領域における変形として、より大きく、複雑な変形を生み出すことができ、耐久使用においてもトナー成分による汚染が抑制され、性能が低下することのない高耐久性を維持できる。
本発明の一態様に係る電子写真画像形成装置は、静電潜像を担持するための像担持体と、像担持体を一次帯電するための帯電装置と、一次帯電された像担持体に静電潜像を形成するための露光装置と、を有する。さらに電子写真画像形成装置は、静電潜像をトナーにより現像してトナー画像を形成するための現像装置と、トナー画像を転写材に転写するための転写装置とを有する。そして現像装置が、例えば現像ローラとして、前述の電子写真用部材を有する。
1.軸芯体の作製
外径6mm、長さ279mmのSUS304製の芯金にプライマー(商品名:DY35-051、東レ・ダウコーニング株式会社製)を塗布し、温度150℃で20分間加熱して、支持体としての軸芯体を得た。
前記軸芯体を内径12.0mmの円筒状金型内に、金型の円筒に同心となるように設置した。第2の弾性層の材料として、下記表1に示す材料を混合機(商品名:トリミックスTX-15 井上製作所社製)で混合した付加型シリコーンゴム組成物を、温度115℃に加熱した金型内に注入した。材料注入後、温度120℃にて10分間加熱成型し、室温まで冷却後、金型から脱型し、軸芯体の外周に厚み2.95mmの弾性層(下層)が形成されたローラを得た。
窒素雰囲気下、反応容器中でポリメリックMDI(商品名:ミリオネートMT 東ソー社製)38.4質量部に対し、ポリエステル系ポリオール(商品名:P1010 クラレ社製)150.0質量部を、徐々に滴下した。滴下の間、反応容器内の温度を65℃に保持した。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、イソシアネート基含有量4.7質量%のイソシアネート基末端プレポリマーaを110質量部得た。
下記表2中の成分(1)の欄に示す材料を撹拌混合した。その後、得られた混合物を固形分濃度30質量%になるようにメチルエチルケトンに加えて混合した後、サンドミルにて均一に分散した。この混合液にメチルエチルケトンを加え固形分濃度25質量%に調整したものに、表2中の成分(2)の欄に示す材料を加え、ボールミルで攪拌分散して、弾性層(上層)用の塗料を得た。なお、表2に示す質量は、各材料とも固形分としての質量である。すなわち、各材料中に含まれる溶剤を除いた質量が表2中の質量となるように各材料を秤量し使用した。
下記表3中の成分(1)の欄に示す材料を撹拌混合した。その後、得られた混合物を固形分濃度5質量%になるようにメチルエチルケトンに溶解、混合し、充填部形成用の塗料を得た。
カラーレーザープリンタ(商品名:CP3520、HP社製)用のブラック用のプロセスカートリッジに、前記電子写真用部材を、現像ローラとして装着した。トナーは、プロセスカートリッジ内から一度抜き取り、充填量が100gになるように調整して再充填した。そのプロセスカートリッジを前記カラーレーザープリンタに装着し、温度30℃、湿度80%環境下で24時間放置した。なお、本明細書中、湿度は相対湿度で表す。
ランクA:1%未満
ランクB:1%以上2.5%未満
ランクC:2.5%以上5%未満
ランクD:5%以上10%未満
ランクE:10%以上。
カラーレーザープリンタ(商品名:CP3520、HP社製)用のブラック用のプロセスカートリッジに、あらかじめ被覆率Sを求めた前記電子写真用部材を、現像ローラとして装着した。トナーは、プロセスカートリッジ内から一度抜き取り、充填量が100gになるように調整して再充填した。そのプロセスカートリッジを前記カラーレーザープリンタに装着し、温度30℃、湿度80%環境下で24時間放置した。
計算式(2)
剥離率(%)=(初期のS-通紙後のS)/初期のS×100
第2領域ドメイン剥離率評価
ランクA:3%未満
ランクB:3%以上5%未満
ランクC:5%以上。
クラフトテープを400mm×400mmの大きさに切り、粘着面を上にして周辺部をテープで机上に張り付け、固定した。クラフトテープの上にあらかじめ被覆率Sを求めた電子写真用部材を500gの荷重(4.9N)にて押し当て、荷重をかけたままの電子写真用部材を、軸芯体を中心軸として回転させながら前後に150mmずつ往復させた。これを10回繰り返し行い、任意の20箇所の面積比率S’を測定し、被覆率Sを求めた。次に下記計算式(3)より第2領域ドメインの剥離率を求め、以下のように評価した。結果を表7に示す。
計算式(3)
剥離率(%)=(初期のS-通紙後のS)/初期のS×100
第2領域ドメイン剥離率評価
ランクA:5%未満
ランクB:5%以上10%未満
ランクC:10%以上。
第2領域の形成の際に、「PX41-11」に代えてアクリル系ポリオール(商品名:プラクセルDC2016、ダイセル社製)を用いたこと以外は実施例1と同様に、電子写真用部材を作成し、評価した。
上層弾性層を作成する際に、ポリエステル系ポリオールP1012(商品名、クラレ社製)に代えて、ポリエステル系ポリオール(商品名:P3010、クラレ社製)を用いたこと以外は実施例1と同様に電子写真用部材を作成し、評価した。
第2領域の形成の際に、実施例1で用いた「PX41-11」と「SBB-70P」の代わりに、スチレンとメチルメタアクリレートとn-ブチルメタアクリレートとの共重合体(商品名:ヒタロイドHA-1470、日立化成社製)を用いた。この共重合体を固形分濃度5質量%になるようにメチルエチルケトンに溶解、混合し、第2領域用の塗料を得た。
第2領域の形成の際に、「PX41-11」をフッ素系ポリオール(商品名:エフクリアKD270、関東電化工業社製)に代え、また、SBB-70Pに代えてイソシアネート(商品名:B1370、デグサ・ヒュルス社製)を用いた。それ以外については実施例1と同様に電子写真用部材を作成し、評価した。
第2領域の形成の際に、「PX41-11」と「SBB-70P」の代わりにUV硬化性樹脂(商品名:7300K、東亞合成社製)と開始剤(商品名:IRGACURE184、豊通ケミプラス社製)の混合物を、第2領域用の塗料として用いた。また、第2領域用の塗料を弾性層ローラに塗布した後の加熱温度を140℃から90℃に代えた。さらに、第2領域用塗料の塗膜の硬化のために、高圧水銀ランプ(商品名:ハンディータイプUV硬化装置、マリオネットワーク社製)を用いて積算光量が2000mJ/cm2となるよう紫外線を照射した。それ以外は実施例1と同様に電子写真用部材を作成し、評価した。
弾性層ローラを、実施例3で作成した弾性層ローラ3に代えたこと以外は実施例6と同様に電子写真用部材を作成し、評価した。
第2領域形成の際に「ヒタロイドHA-1470」を、固形分濃度を、表4に示した濃度となるようにメチルエチルケトンに溶解したこと以外は実施例4と同様に電子写真用部材を作成し、評価した。
第2領域形成の際に「ヒタロイドHA-1470」を固形分濃度1質量%になるようにメチルエチルケトンに溶解した。得られた液を、ジェットディスペンサー装置(商品名:NANO MASTER SMP-3、武蔵エンジニアリング社製)を用いて弾性ローラの周面上に充填部の平均高さL2が表6に示す高さ(本例では1μm)となるよう塗布した。これら以外については実施例4と同様に電子写真用部材を作成し、評価した。
第2領域形成の際に「ヒタロイドHA-1470」を固形分濃度が表5に記載した濃度となるようにメチルエチルケトンに溶解したこと以外は実施例14と同様に電子写真用部材を作成し、評価した。
第2領域(充填部)のドメインを設けなかったこと以外は実施例1と同様に電子写真用部材を作成し、評価した。
第2領域形成の際に、「PX41-11」をポリエステル系ポリオール(商品名:P3010、クラレ社製)に代え、SBB-70Pをイソシアネート基末端プレポリマーaに代えたこと以外については実施例1と同様に電子写真用部材を作成し、評価した。
第2領域形成の際に「ヒタロイドHA-1470」を固形分濃度13質量%になるようにメチルエチルケトンに溶解したこと以外は実施例14と同様に電子写真用部材を作成し、評価した。
2:弾性層
3:軸芯体
4:第2の弾性層(下層)
5:第1領域
6:第2領域
15:凸部
16:充填部
Claims (6)
- 導電性の支持体と、該支持体上の弾性層とを有する電子写真用部材であって、
該電子写真用部材は、
その表面に複数個の該弾性層で構成される凸部を有し、
複数個の該凸部間の谷部に、樹脂を含む充填部を有し、
該充填部の高さは、該凸部の高さ未満であり、かつ、
該電子写真用部材の表面は、
該充填部で被覆されていない該弾性層の表面である第1領域と、
該充填部の表面である第2領域と、を含み、
該第2領域の表面で測定されるマルテンス硬度をH2とし、該第1領域の表面で測定されるマルテンス硬度をH1としたとき、H2>H1であり、かつ、該H1と、該H2の差が0.5N/mm 2 以上、35.0N/mm 2 以下である、
ことを特徴とする電子写真用部材。 - 前記電子写真用部材が、ローラ形状を有する請求項1に記載の電子写真用部材。
- 前記電子写真用部材の表面において、前記第2領域で被覆された部分の被覆率が20%以上、80%以下である、請求項1または2に記載の電子写真用部材。
- 前記電子写真用部材の長手方向における前記弾性層の厚さ方向の断面における任意の20箇所の各々における、前記充填部の表面から前記充填部と前記弾性層との界面までの距離における最大値L2´の平均値をL2とし、
該20箇所の各々における、該最大値L2´を与える該充填部と該弾性層との界面における点Aと、該最大値L2´を与える該充填部に隣接する該第1領域の最も高い凸部頂点Bとを結ぶ直線を斜辺とする直角三角形のなかで、該点Bから該弾性層の厚さ方向に位置する辺の長さL1´の平均値をL1としたとき、L2/L1が0.2以上、0.8以下である、請求項1~3のいずれか一項に記載の電子写真用部材。 - 電子写真画像形成装置の本体に着脱可能に構成されている電子写真プロセスカートリッジであって、電子写真用部材を有している現像装置を備え、
該電子写真用部材が、導電性の支持体と、支持体上の弾性層とを有し、
該電子写真用部材は、
その表面に複数個の該弾性層で構成される凸部を有し、
複数個の該凸部間の谷部に、樹脂を含む充填部を有し、
該充填部の高さは、該凸部の高さ未満であり、かつ、
該電子写真用部材の表面は、
該充填部で被覆されていない該弾性層の表面である第1領域と、
該充填部の表面である第2領域と、を含み、
該第2領域の表面で測定されるマルテンス硬度をH2とし、該第1領域の表面で測定されるマルテンス硬度をH1としたとき、H2>H1であり、該H1と、該H2の差が0.5N/mm 2 以上、35.0N/mm 2 以下であり、
該電子写真用部材を、現像部材として具備し、かつ、
トナー供給ローラ、トナー規制部材および電子写真感光体からなる群から選ばれる少なくとも一つの部材を更に具備し、該部材が、該現像部材の表面に当接している、
ことを特徴とする電子写真プロセスカートリッジ。 - 静電潜像を担持する像担持体と、該像担持体を一次帯電する帯電装置と、一次帯電された該像担持体に静電潜像を形成する露光装置と、該静電潜像をトナーにより現像してトナー画像を形成するための現像装置と、該トナー画像を転写材に転写する転写装置とを有する電子写真画像形成装置であって、
該現像装置が、現像部材として電子写真用部材を有し、
該電子写真用部材は、
導電性の支持体と、該支持体上の弾性層とを有し、
その表面に複数個の該弾性層で構成される凸部を有し、
複数個の該凸部間の谷部に、樹脂を含む充填部を有し、
該充填部の高さは、該凸部の高さ未満であり、かつ、
該電子写真用部材の表面は、
該充填部で被覆されていない該弾性層の表面である第1領域と、
該充填部の表面である第2領域と、を含み、
該第2領域の表面で測定されるマルテンス硬度をH2とし、該第1領域の表面で測定されるマルテンス硬度をH1としたとき、H2>H1であり、
該H1と、該H2の差が0.5N/mm 2 以上、35.0N/mm 2 以下であり、かつ、
トナー供給ローラ、トナー規制部材および電子写真感光体からなる群から選ばれる少なくとも一つの部材を更に具備し、該部材が、該現像部材の表面に当接している、
ことを特徴とする電子写真画像形成装置。
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