JP7166854B2 - 電子写真用部材、プロセスカートリッジ及び電子写真装置 - Google Patents
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Description
電子写真用部材は、例えば、現像ローラ、トナー供給ローラ、現像ブレード、帯電ローラ、又はクリーニングブレードの如き、電子写真画像形成装置に用いられ、トナーと接し得る部材を指す。
なお、現像ローラとは、担持したトナーによって電子写真感光体の潜像を現像するための電子写真用部材である。トナー供給ローラとは、現像ローラにトナーを供給するための電子写真用部材である。現像ブレードとは、現像ローラ上のトナー層の厚みを規制するための電子写真用部材である。帯電ローラとは、電子写真感光体表面を帯電するための電子写真用部材である。クリーニングブレードとは、電子写真感光体表面をクリーニングするための電子写真用部材である。
本態様に係る電子写真用部材を現像ローラ、トナー供給ローラ、又は帯電ローラ(以降、これらを電子写真用ローラと称する)として用いる場合の一実施様態を図1に示す。電子写真用ローラ1aは、図1(1)に示すように、導電性基体2aと、表面層3aとを有する。ここで、表面層3aは、樹脂を含む層である。また、電子写真用ローラ1aは、図1(2)に示すように、導電性基体2aと表面層3aとの間に、弾性層4を備えていても良い。また、弾性層4は、必要に応じて組成の異なる弾性層4を複数配置した多層構成としても良い。
導電性基体2aは、表面層3a及び任意の弾性層4を支持するに足る強度と、電極と成り得る導電性を兼ね備える。これらの強度と導電性を有するものであれば、導電性基体2aとして使用することができる。その材料としては、例えばアルミニウム、銅、ステンレス鋼、鉄等の金属又は合金、あるいは導電性合成樹脂等を挙げることができる。これらの材料にクロムやニッケルで鍍金処理を施したものでもよい。なお、導電性基体2aとその外側に形成される表面層3a又は弾性層4とを接着させる目的で、プライマーを導電性基体2aに塗布してもよい。プライマーの例としては、例えばシランカップリング剤を含有するプライマー等が挙げられる。
弾性層4は、通常、ゴム材料の成型体により形成されることが好ましい。ゴム材料の例としては、シリコーンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、天然ゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、エピクロロヒドリンゴム等が挙げられる。これらのゴムは、単独、あるいは2種以上を混合して用いることができる。これらの中でも、圧縮永久歪が小さく、且つ柔軟性を有するシリコーンゴムが特に好ましい。
表面層3aは、ウレタン結合及びアミド結合の少なくとも一方を有する樹脂を含む。該樹脂は、分子内にカチオン性構造及びアニオン性構造を有し、かつ、構造式1~構造式4で示される構造からなる群から選択される少なくとも1つの構造を有する。
本発明の一態様においては、該ウレタン結合及びアミド結合の少なくとも一方を有する樹脂が、分子内にカチオン性構造及びアニオン性構造を有し、かつ、構造式1~構造式4で示される構造の少なくとも1つを有する。このことにより、本発明の一態様に係る効果が奏される理由について、本発明者らは、以下に述べる「親水性が高い構造の集合化」及び「イオン結合-水素結合ネットワークの形成」に因るものと推測している。
また、当該樹脂中に含まれる構造式1~構造式4で示される構造中には、疎水性の構造が含まれる。具体的には、構造式1中の炭素数4又は5の炭素鎖、構造式2及び構造式3中の炭素数5以上14以下のアルキレン基、又は構造式4中の炭素数6以上14以下のアルキレン基は、疎水性である。
一方、当該樹脂中に含まれるウレタン結合、アミド結合、カチオン性構造、及びアニオン性構造は、親水性である。そのため、これらの構造の極性差がドライビングフォースとなり、図6に示すように、疎水性の基が集合した部分5aと、親水性の構造が集合した部分5bとが形成される。
そして、親水性の構造が集合した部分5bにおいては、イオン結合-水素結合ネットワークが形成されると考えられる。すなわち、ウレタン結合やアミド結合に含まれる窒素原子と結合した水素原子は、水素結合供与体として働く。また、ウレタン結合やアミド結合に含まれる炭素結合と二重結合を形成する酸素原子は、水素結合受容体として働く。
さらに、カチオン性構造は、正電荷を有するため水素結合供与体として働き、アニオン性構造は、負電荷を有するため水素結合受容体として働く。
親水性が高い構造の集合部分5bにおいては、水素結合供与体と水素結合受容体は互いに近接する。その結果、特に極性が高いカチオン性構造やアニオン性構造を中心として、水素結合ネットワーク503を形成する。水素結合ネットワーク503は、さらに、カチオン性構造とアニオン性構造との間のイオン結合501によって繋ぎとめられ、イオン結合-水素結合ネットワークを形成する。これらのネットワークが、樹脂の分子鎖を繋ぎとめることにより、分子鎖の自由度が制限されて、分子鎖どうしの絡まり合いに起因する分子間相互作用が低減される。その結果、硬度上昇を招来する架橋構造を発達させることなしに、表面層の表面のタック低減効果が得られると考えられる。
すなわち、柔軟性と耐摩耗性、低タック性を兼ね備えるという本発明の効果を奏するためには、下記の要素1および要素2を有することが好ましい。
要素1.親水性構造(ウレタン結合、アミド結合、カチオン性構造及びアニオン性構造)の集合化のドライビングフォースとなるに足る、十分な疎水性を有する主鎖構造を有すること;
要素2.イオン結合-水素結合ネットワークの中心となるイオン結合を有すること。
図2に、本態様に係る表面層3aが有する樹脂の一例として、構造式2で示される構造を分子内に有し、かつ、カチオン性構造であるアンモニウム基及びアニオン性構造であるスルホン酸基を有しているウレタン樹脂を示す。なお、図2はあくまで構造の一例であり、本発明はこの構造に限定されるものではない。
ウレタン樹脂は、分子内にウレタン結合を有する。
ウレタン樹脂は、例えば、下記(i)~(iv)のポリオールからなる群から選ばれる一種又は複数種のポリオール成分と、イソシアネート成分とを反応させることにより得られる。
・(i)構造式1の構造を有するポリオレフィンポリオール;
・(ii)構造式2の構造を有するポリエーテルポリオール;
・(iii)構造式3の構造を有するポリエステルポリオール;
・(iv)構造式4の構造を有するポリカーボネートポリオール。
アミド結合を有する樹脂(アミド樹脂)としては、例えば、下記(i)~(iv)の化合物群から選ばれる一種又は複数種の化合物を、ポリアミドと共重合させた共重合体が挙げられる。
・(i)構造式1の構造を有するポリオレフィン;
・(ii)構造式2の構造を有するポリエーテル;
・(iii)構造式3の構造を有するポリエステル;
・(iv)構造式4の構造を有するポリカーボネート。
アミド結合の含有量は、アミド樹脂1gに対して、1.0mmol以上3.0mmol以下の含有量とすることが好ましい。アミド結合の含有量を1.0mmol以上とすることにより、イオン結合-水素結合ネットワークが安定して形成され、タック低減効果が得られやすくなる。また、含有量を3.0mmol以下とすることにより、表面層の柔軟性を維持しやすくなる。
カチオン性構造とは、表面層において、ウレタン結合及びアミド結合の少なくとも一方を有する樹脂中に、好ましくは樹脂の主鎖中に共有結合で保持されており、樹脂構造中に含有されるカチオン性基を有する構造をいう。したがって、表面層において、樹脂構造中に含まれるが、該樹脂と共有結合していないカチオンは、カチオン性構造に含まれない。
具体的にはアンモニウム基、スルホニウム基、ホスホニウム基、ピペリジニウム基、ピロリジニウム基、モルホリニウム基、オキサゾリウム基、含窒素芳香環基を有する構造が挙げられる。含窒素芳香環基としては、ピリジニウム基、ピリミジニウム基、ピラジニウム基、ピリダジニウム基、イミダゾリウム基、ピラゾリウム基、トリアゾリウム基、及びこれらの水素化物、誘導体が挙げられる。
これらの中でも、含窒素芳香環基を有するカチオン性構造が、共役系をもつために正電荷の非局在化により安定な構造となるため、より安定なイオン結合-水素結合ネットワークを形成可能であり特に好ましい。
アニオン性構造とは、表面層において、ウレタン結合及びアミド結合の少なくとも一方を有する樹脂中に、好ましくは樹脂の主鎖中に共有結合で保持されており、樹脂構造中に含有されるアニオン性基を有する構造をいう。したがって、表面層において、樹脂構造中に含まれるが、該樹脂と共有結合していないアニオンは、アニオン性構造には含まれない。
具体的には、カルボン酸基、スルホン酸基、スルフェン酸基、スルフィン酸基、リン酸基、ホスホン酸基、ホスフィン酸基、過塩素酸基、アルコキシドアニオン基を含む構造等が挙げられる。これらの中でも、カルボン酸基、スルホン酸基が、化学的に安定であり、樹脂の主鎖中に共有結合で保持させやすいため好ましい。
カチオン性構造及びアニオン性構造を含む化合物に、予めカルボキシ基と反応可能な反応性官能基を導入しておく。導入するカルボキシ基と反応可能な反応性官能基の例としては、例えば水酸基、グリシジル基、カルボジイミド基等が挙げられる。これらの反応性官能基を持つ化合物を過剰のカルボン酸化合物と反応させることによって、カチオン性構造及びアニオン性構造を有するカルボキシ基末端ポリエステルを合成する。このカルボキシ末端ポリエステルとジアミン化合物とを反応させることにより、樹脂構造にカチオン性構造及びアニオン性構造が共有結合したアミド樹脂を得ることができる。
ジアミン化合物に対して過剰のジカルボン酸化合物を反応させ、カルボキシ末端ポリアミド化合物を合成する。一方で、カチオン性構造及びアニオン性構造を含む化合物に、予めカルボキシル基と反応可能な反応性官能基を導入しておく。導入するカルボキシ基と反応可能な反応性官能基の例としては、例えば水酸基、グリシジル基、カルボジイミド基等が挙げられる。これらの化合物を、先に合成したカルボキシ末端ポリアミド化合物と反応させることにより、樹脂構造にカチオン性構造及びアニオン性構造が共有結合したアミド樹脂を得ることができる。
樹脂表面層3aの形成方法としては、特に限定されるものではないが、例えばスプレー塗工、浸漬塗工、又はロールコートが挙げられる。
本発明に係る電子写真用部材を現像ブレード又はクリーニングブレード(以降、これらを電子写真用ブレードと称する)として用いる場合の一実施様態を図3に示す。この例において、電子写真用ブレード1bの導電性基体は、支持部材2b-1と撓み部材2b-2からなる。支持部材2b-1は、電子写真用ブレード1bを当接部材(現像ブレードとして使用する場合は現像ローラ、クリーニングブレードとして使用する場合は電子写真感光体)と当接して支持し、装置に固定するに足る剛性を有する。また、撓み部材2b-2は、電子写真用ブレード1bを当接部材に対して適度な圧力で当接させるために必要な弾性を有する。支持部材2b-1、及び撓み部材2b-2の材質としては、必要な導電性や剛性、弾性を有するものであれば、上記した電子写真用ローラで使用する導電性基体2aと同様の材質を使用することができる。表面層3bは本発明に係る樹脂から成る層であり、上記した電子写真用ローラ1aで使用する樹脂表面層3aと同様の樹脂を使用することができる。表面層3bの形成方法としては、特に限定されるものではないが、例えば押出成形や、注型成形、スプレー塗工、浸漬塗工、ロールコートといった方法が挙げられる。
次に、本発明の電子写真用部材を用いたプロセスカートリッジについて説明する。
本発明のプロセスカートリッジは、帯電部材、現像部材、トナー供給部材、及びクリーニング部材から選択される少なくとも一つの部材を有しており、該部材のうち、少なくとも一つが、本願発明の電子写真用部材である。
図4は、本発明の一態様に係るプロセスカートリッジの一例の概略断面図である。
図4に示したプロセスカートリッジ100は、電子写真装置の本体に着脱自在に構成されている。プロセスカートリッジ100は、電子写真感光体101に対向する部分に開口部を有する現像室102を備えており、この現像室102の背面には、トナー103を収容するトナー容器104が配される。トナー容器104には必要に応じて、トナー103を現像室102に搬送するための搬送部材107が配置される。現像室102と前記トナー容器104とを連通する開口部は、シール部材105で仕切られ、このシール部材105は、プロセスカートリッジ100の使用開始時に除去される。また、現像室102には現像ローラ106、トナー供給ローラ108、現像ブレード109、トナー吹き出し防止シート110が設けられている。
トナー103はトナー供給ローラ108によって現像ローラ106に塗布される。現像ローラ106は図中矢印で示す方向に回転され、この現像ローラ106に担持されているトナー103は、現像ブレード109により所定の層厚に規制された後、電子写真感光体101と対向する現像領域に送られる。
プロセスカートリッジ100は、上記構成に加えて、帯電ローラ111、クリーニングブレード112、廃トナー容器119を備えている。
プロセスカートリッジ100では、現像ローラ106、トナー供給ローラ108、現像ブレード109、帯電ローラ111及びクリーニングブレード112のうち、少なくとも一つが、本願発明の電子写真用部材である。
次に、本発明の電子写真用部材を用いた電子写真装置について説明する。
本発明の電子写真装置は、帯電部材、現像部材、トナー供給部材及びクリーニング部材からなる群より選択される少なくとも1つの部材を有し、該部材のうち少なくとも1つが本発明の電子写真用部材を有する。
図5は、本発明の一態様に係る電子写真装置の一例の概略断面図である。この電子写真装置は、図4に示したプロセスカートリッジ100を装着して使用する。
以下、電子写真装置のプリント動作を説明する。電子写真感光体101は、バイアス電源(不図示)に接続された帯電ローラ111によって一様に帯電される。次に、電子写真感光体101は、静電潜像を書き込むための露光光113により、その表面に静電潜像が形成される。露光光113としては、LED光、レーザー光のいずれも使用することができる。
電子写真感光体101上で現像されたトナー像は、中間転写ベルト114に1次転写される。中間転写ベルト114の裏面には1次転写部材115が当接しており、1次転写部材115に電圧を印加することで、負極性のトナー像を電子写真感光体101から中間転写ベルト114に1次転写する。1次転写部材115はローラ形状であってもブレード形状であってもよい。
中間転写ベルト114上のトナー像は、中間転写ベルト114の回転に伴って、2次転写部材116と対向する位置に搬送される。このとき、中間転写ベルト114と2次転写部材116との間には、所定のタイミングで記録用紙の搬送ルート117に沿って転写材である記録用紙が搬送されてきている。そして、2次転写部材116に2次転写バイアスを印加することにより、中間転写ベルト114上のトナー像を記録用紙に転写する。2次転写部材116によってトナー像が転写された記録用紙は、定着装置118に搬送され、記録用紙上のトナー像を溶融させて記録用紙上に定着させた後、記録用紙を電子写真装置の外に排出することで、プリント動作が終了する。なお、電子写真感光体101から中間転写ベルト114に転写されることなく電子写真感光体101上に残存したトナー像は、クリーニングブレード112により掻き取られ、廃トナー収容容器119に収納される。
<ポリオール化合物>
(ポリエーテルポリオール P-1の合成)
本化合物は、酸触媒下におけるアルコール同士の脱水縮合反応によってエーテルを合成する公知の方法(*1)によって合成した。
即ち、反応容器中で、1,8-オクタンジオール438.7g(3モル)(東京化成工業社製)と濃硫酸29.4g(0.3モル)を混合し、窒素雰囲気下で130℃、12時間加熱した。この反応液を室温に冷却後、氷冷した4質量%水酸化ナトリウム水溶液300g中に少量ずつ注ぎ、撹拌して十分に中和を行った。静置後に、沈殿した白色ワックス状固体を採取し、水200gを用いて3回洗った後、減圧下で残留する水及び未反応成分を除去し、構造式5で示されるポリエーテルポリオールP-1を得た。得られたポリオールの数平均分子量は2500であった。
*1:モリソン・ボイド著、中平靖弘、黒野昌庸、中西香爾訳「有機化学 上 第6版」310~311頁(東京化学同人:1994年発行)等参照。
本化合物は、ポリエーテルポリオールを合成する際の定法(例えば、特開昭63-235320に開示された方法)に従って合成した。即ち、反応容器中で、良く乾燥した3-メチルテトラヒドロフラン430.6g(5モル)を15℃に保持した。この溶液に、70%過塩素酸16.4g、及び無水酢酸120gを加え、5時間反応を行った。次に得られた反応混合物を20%水酸化ナトリウム水溶液600g中に注ぎ、精製を行った。さらに減圧下残留する水及び溶媒成分を除去し、構造式6で示されるポリエーテルポリオールP-2を得た。得られたポリオールの数平均分子量は2000であった。
1,8-オクタンジオール438.7g(3モル)を1,14-テトラデカンジオール691.2g(3モル)(和光純薬工業社製)に変更した以外はP-1の合成と同様にして、構造式7で示されるポリエーテルポリオールP-3を得た。得られたポリオールの数平均分子量は2500であった。
1,8-オクタンジオール438.7g(3モル)を2,5-ヘキサンジオール354.5g(3モル)(東京化成工業社製)に変更した以外はP-1の合成と同様にして、構造式8で示されるポリエーテルポリオールP-4を得た。得られたポリオールの数平均分子量は2500であった。
1,8-オクタンジオール438.7g(3モル)を2,5-ジメチル-2,5-ヘキサンジオール438.7g(3モル)(東京化成工業社製)に変更した以外はP-1の合成と同様にして、構造式9で示されるポリエーテルポリオールP-5を得た。得られたポリオールの数平均分子量は2500であった。
1,8-オクタンジオール438.7g(3モル)を2-ブチル-2-エチル-1,3-プロパンジオール480.8g(3モル)(東京化成工業社製)に変更した以外はP-1の合成と同様にして、構造式10で示されるポリエーテルポリオールP-6を得た。得られたポリオールの数平均分子量は2500であった。
ポリエステルポリオールP-7として、3-メチル1,5-ペンタンジオールとアジピン酸から成るポリエステルポリオール(商品名;クラレポリオールP-2010;クラレ社製)を使用した。
ポリカーボネートポリオールP-8として、3-メチル1,5-ペンタンジオールと1,6-ヘキサンジオールから成るポリカーボネートポリオール(商品名;クラレポリオールC-1090;クラレ社製)を使用した。
ポリブタジエンジオールP-9として、水酸基末端液状ポリブタジエン(商品名;Poly bd R-45HT;出光興産社製)を使用した。
ポリイソプレンジオールP-10として、水酸基末端液状ポリイソプレン(商品名;Poly ip;出光興産社製)を使用した。
ポリエステルポリオールP-11として、3-メチル1,5-ペンタンジオールとアジピン酸から成るポリエステルポリオール(商品名;クラレポリオールP-510;クラレ社製)を使用した。
ポリエステルポリオールP-12として、3-メチル1,5-ペンタンジオールとアジピン酸から成るポリエステルポリオール(商品名;クラレポリオールP-5010;クラレ社製)を使用した。
ポリエーテルポリオールP-13として、『ポリプロピレングリコール,ジオール型,2,000』(和光純薬社製)を使用した。
ポリエーテルポリオールP-14として、『PTMG2000』(三菱化学社製)を使用した。
(ウレタンプレポリマー U-1の合成)
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MR-200;東ソー社製)100質量部に対し、ポリオール化合物P-1 300質量部を反応容器内の温度を65℃に保持しつつ、徐々に滴下した。滴下終了後、温度65℃で1.5時間反応させ、メチルエチルケトン80.0質量部を加えた。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5.4質量%のウレタンプレポリマーU-1を得た。
ポリオール化合物の種類、及び配合量を表2のように変更した以外は、ウレタンプレポリマーU-1の合成と同様の手順で、ウレタンプレポリマーU-2~U-14を得た。
カチオン性構造を有するイオン化合物CT-1~CT-4、及びCT-6~CT-8は、メンシュトキン反応等の、公知の求核置換反応によって合成を行った。即ち、求核剤として求核性のヘテロ原子をもつ化合物を使用し、求電子剤としてブロモアルキルアルコールを使用することにより、カチオン性構造と水酸基とを有する化合物を合成した。以下、具体的に説明する。
窒素雰囲気下、イミダゾール(日本合成化学社製)15.0g(0.22モル)及び水素化ナトリウム60%流動パラフィン分散(東京化成工業社製)9.2gをテトラヒドロフラン60.0gに溶解させた。そこへ、テトラヒドロフラン80.0gに溶解させた2-ブロモエタノール(東京化成工業社製)60.0g(0.48モル)を室温で30分かけて滴下し、85℃で12時間加熱還流した。その後、反応溶液に水100mlを加えて、減圧下で溶媒を留去した。残渣にエタノール200mlを加え、室温で撹拌して、不溶物をセライトろ過により除いた後、再び減圧下で溶媒を留去して、イオン化合物CT-1を得た。イオン化合物CT-1は、下記構造式11で表される化合物である。
4-Pyridin-4-yl-butan-1-ol(シグマ・アルドリッチ社製)15.1g(0.10モル)をアセトニトリル45.0gに溶解し、室温で4-ブロモ-1-ブタノール(東京化成工業社製)16.8g(0.11モル)を30分かけて滴下した後、90℃で12時間加熱還流した。次に、反応溶液を室温まで冷却し、減圧下でアセトニトリルを留去した。得られた濃縮物をジエチルエーテル30.0gにて洗浄し、上澄み液を分液により除去した。洗浄及び分液操作を3回繰り返し、得られた残留物を減圧下乾燥し、イオン化合物CT-2を得た。イオン化合物CT-2は、下記構造式12で表される化合物である。
2-(2-ヒドロキシエチル)-1-メチルピロリジン(東京化成工業社製)15.5g(0.12モル)、水素化ナトリウム60%流動パラフィン分散(東京化成工業社製)13.5gを、テトラヒドロフラン65.0gに溶解させた。次に、反応系を窒素雰囲気下とし、氷冷した。続いて、テトラヒドロフラン40.0gに溶解させた2-ブロモエタノール(東京化成工業社製)16.2g(0.13モル)を30分かけて滴下した。反応溶液を12時間加熱還流した後、水100mlを加え、減圧下で溶媒を留去した。残渣にエタノール80mlを加え、室温で撹拌し、不溶物をセライトろ過により除いた後、再び減圧下で溶媒を留去して、イオン化合物CT-3を得た。イオン化合物CT-3は、下記構造式13で表される化合物である。
ナスフラスコにジムロートを取り付け、ピペリジン(東京化成工業社製)14.5g(0.17モル)、2-ブロモエタノール(東京化成工業社製)45.0g(0.36モル)をアセトニトリル200mlに溶解させ、炭酸カリウム 69gを添加する。90℃で一晩沸点還流し、反応液を酢酸エチル/水で分液し、有機層を回収し、溶媒を減圧留去し白色固体としてCT-4を得た。イオン化合物CT-4は、下記構造式14で表される化合物である。
イオン化合物CT-5として下記構造式15で表される、ビス(2-ヒドロキシエチル)ジメチルアンモニウムクロライド(東京化成工業社製)を使用した。
求核剤である2,2’-チオジエタノール(東京化成工業社製)24.4g(0.20モル)をアセトニトリル50mlに溶解し、室温で4-ブロモ-1-ブタノール(東京化成工業社製)36.7g(0.24モル)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、CT-6を得た。イオン化合物CT-6は、下記構造式16で表される化合物である。
2-ヒドロキシエチル-ジメチルホスフィン(Chem Space社製)21.2g(0.20モル)をアセトニトリル50mlに溶解し、室温で2-ブロモエタノール(東京化成工業社製)30.0g(0.24モル)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、CT-7を得た。イオン化合物CT-7は、下記構造式17で表される化合物である。
2-(2-Methyl-1H-imidazol-1-yl)ethanol(シグマ・アルドリッチ社製)15.1g(0.12モル)、水素化ナトリウム60%流動パラフィン分散(東京化成工業社製)9.2gをテトラヒドロフラン80.0gに溶解させた。そこへ、テトラヒドロフラン80.0gに溶解させた臭化エチル(昭和化学社製)14.2g(0.13モル)を室温で30分かけて滴下し、85℃で12時間加熱還流した。次に、反応溶液に水100mlを加え、減圧下で溶媒を留去した。残渣にエタノール200mlを加え、室温で撹拌し、不溶物をセライトろ過により除いた後、再び減圧下で溶媒を留去して、イオン化合物CT-8を得た。イオン化合物CT-8は、下記構造式18で表される化合物である。
(イオン化合物原料 AN-1)
イオン化合物原料AN-1として下記構造式19で表される、2-sulfo-1,4-butanediol(APAC Pharmaceutical社製)を使用した。
イオン化合物原料 AN-2として下記構造式20で表される、Butanoic acid, 4-hydroxy-2-(2-hydroxyethyl)(AuroraFine Chemicals社製)を使用した。
イオン化合物原料 AN-3は、リン酸エステル変性アクリレート、水酸基含有アクリレート、及びアルキル変性アクリレートを共重合させることにより合成した。即ち、撹拌装置、温度計、還流管、滴下装置及び窒素ガス導入管を取り付けた反応容器に乾燥メチルエチルケトン 300.0質量部を仕込み、窒素ガス気流下で温度87℃に昇温し、加熱還流した。次にライトエステルP-1M(共栄社化学社製) 29.4質量部(0.14モル)、2-ヒドロキシエチルメタクリレート(東京化成工業社製) 15.6質量部(0.12モル)、(東京化成工業社製)、n-ブチルメタクリレート(東京化成工業社製) 65.4質量部(0.46モル)、及び開始剤(商品名、カヤエステルO;化薬アクゾ社製)0.2質量部の混合物を1時間かけて徐々に滴下し、温度を87℃に保ったままさらに3時間加熱還流した。次に温度を50℃まで下げた後、減圧下メチルエチルケトン200.0質量部を留去した。放冷して温度を室温まで下げ、下記構造式21で表される樹脂AN-3を得た。構造式21中、l=1、m=1、及びn=4である。
イオン化合物原料AN-4として下記構造式22で表される、3-hydroxypropane sulfonic acid(東京化成工業社製)を使用した。
イオン化合物IP-1~IP-12は、公知のイオン交換反応を行うことによって合成した。即ち、所望のカチオン性構造を有するイオン化合物(CT1~CT8のいずれか)と、所望のアニオン性構造を有するイオン化合物(AN-1~AN-4のいずれか)とを有機溶剤中に当モルで溶解する。その後、イオン交換水にて不要なハロゲン化水素化合物を洗浄除去するという方法である。
イオン化合物原料CT-1 11.9g(0.05モル)、イオン化合物原料AN-1(2-sulfo-1,4-butanediol(APAC Pharmaceutical社製)4.5g(0.05モル)を、アセトニトリル 10.0gに溶解させた。その後、温度60℃で12時間攪拌した。得られた溶液に、酢酸エチル20gを加えた後、イオン交換水8.0gを用いて3回洗浄した。続いて、減圧下で酢酸エチルを留去し、イオン化合物IP-1を得た。イオン化合物IP-1は、下記構造式23で表される化合物である。
イオン化合物原料AN-1を、AN-2又はAN-3に変更し、配合量を表5のように変更した以外はIP-1と同様にして、イオン化合物IP-2及びIP-3を得た。IP-2及びIP-3は、それぞれ下記構造式24及び構造式25で表される化合物である。構造式25中、l=1、m=1、及びn=4である。
イオン化合物原料CT-2 15.2g(0.05モル)及びイオン化合物原料AN-1(2-sulfo-1,4-butanediol(APAC Pharmaceutical社製)4.5g(0.05モル)をアセトニトリル 10.0gに溶解させた後、60℃で12時間攪拌した。得られた溶液に酢酸エチル20gを加えた後、イオン交換水8.0gを用いて3回洗浄した。続いて、減圧下で酢酸エチルを留去し、イオン化合物IP-4を得た。イオン化合物IP-4は、下記構造式26で表される化合物である。
イオン化合物原料AN-1を、AN-2又はAN-3に変更し、配合量を表5のように変更した以外はIP-4と同様にして、イオン化合物IP-5及びIP-6を得た。IP-5及びIP-6は、それぞれ下記構造式27及び構造式28で表される化合物である。構造式28中、l=1、m=1、及びn=4である。
イオン化合物原料CT-1を、CT-3~CT-7に変更し、配合量を表5のように変更した以外はIP-1と同様にして、イオン化合物IP-7~IP-11を得た。IP-7~IP-11は、それぞれ下記構造式29~33で表される化合物である。
イオン化合物原料CT-1をCT-8に、イオン化合物原料AN-1をAN-4に変更し、配合量を表5のように変更した以外はIP-1と同様にして、イオン化合物IP-12を得た。IP-12は、下記構造式34で表される化合物である。
イオン化合物IP-13として下記構造式35で表される、メタンスルホン酸ナトリウム(東京化成工業社製)を使用した。
(導電性基体2aの用意)
導電性基体2aとして、ステンレス鋼(SUS304)製の直径6mmの芯金にプライマー(商品名「DY39-012」;東レ・ダウコーニング社製)を塗布、焼付けしたものを用意した。
上記で用意した基体2aを金型に配置し、以下の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。
・液状シリコーンゴム材料
(商品名「SE6905A/B」;東レ・ダウコーニング社製) 100.0質量部
・カーボンブラック(商品名「デンカブラック 粉状品」;デンカ社製)5.0質量部
ポリウレタンプレポリマーU-1 49.1質量部、ポリオール化合物P-1 50.9質量部、イオン化合物IP-1 0.25質量部、カーボンブラック(商品名「トーカブラック#4300」;東海カーボン社製)15.0質量部、及びウレタン樹脂微粒子(商品名:アートパールC-400;根上工業社製)15.3質量部を混合し、次に、総固形分比が30質量%となるようにメチルエチルケトンを加えた後、サンドミルにて混合した。ついで、更に、メチルエチルケトンで粘度10~12cpsに調整して表面層形成用塗料を調製した。
先に作製した弾性ローラD-1を、表面層形成用塗料に浸漬して、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150℃にて1時間加熱処理することで弾性ローラ外周に膜厚約15μmの表面層を設け、実施例1に係る電子写真用ローラを作製した。得られた電子写真用ローラについて、GC-MS分析及び1H-NMR分析を行うことにより、ポリオール化合物P-1に由来するn-オクチレン構造と、イオン化合物IP-1に由来するイミダゾリウム基及びスルホン酸基を有することを確認した。
表面層形成用塗料を、膜厚200μmになるようにアルミ型にキャストし、サンフラワー架台(商品名:ワンダーシェーカーNA-4X(日伸理化社製))に載せて流動性が無くなるまで乾燥させた。その後水平台に載せ、気温23℃で24時間乾燥後、温度140℃で2時間加熱硬化し、室温まで冷却後、硬化物をアルミ型から剥離し、厚さ200μmの樹脂シートを作製した。
(タック試験)
物性測定用樹脂シートを温度40℃、湿度95RH%の環境下に1週間放置した。その後、同環境で物性測定用樹脂シートの最外層表面の粘着強度をタッキング試験機TAC-II(レスカ社製)を用いて測定した。測定は、プリロード400gf、押し込み速度30mm/min、押し込み荷重400gf、押し込み時間5秒及び引上げ速度600mm/minの条件にて、円柱形φ5.1mm、ステンレス製のプローブを用いた。粘着強度は、5回の測定値(ピーク値)の平均値とした。
引張強さをJIS-K6251に記載された方法に準じて測定した。測定には、万能引張試験機「テンシロンRTC-1250A」(商品名、株式会社エー・アンド・デイ製)を使用した。また測定環境は、温度23℃、湿度55%RHとした。予め、温度23℃、湿度55%RHに24時間以上置いた物性測定用樹脂シートから、JIS-K6251に記載のダンベル状2号形の試験片を切り出した。厚みゲージにて試験片の中央平行部分の厚みを3点測定し、その中央値を試験片の厚みとした。
また、試験片の中央平行部分の幅を3点測定し、その平均値を試験片の幅とした。得られた試験片の厚みと試験片の幅から、下記式により試験片の断面積を算出した。
試験片の断面積=試験片の厚み×試験片の幅
この試験片の両端各10mmを万能引張試験機のチャックに取り付け、チャックの移動速度500mm/minで引張試験を行った。試験片を切断するまで引張り、記録される最大の引張力を試験片の断面積で除した値を、当該試験片の引張強さとした。測定は、一つの樹脂シートから5本の試験片を切り出して5回繰り返し行い、その中央値を測定結果とした。
得られた物性測定用樹脂シートを、冷凍粉砕機「JFC-300」(商品名、日本分析工業社製)を用いて、液体窒素冷却下で10分間粉砕し、微粉末状の試料を得た。この試料を固体1H-NMR分析し、ウレタン結合に由来するプロトンピークの積分値より、ウレタン結合濃度の定量を行った。
得られた電子写真用ローラについて、現像ローラとして以下の項目の評価を行った。
(イオン固定化率)
表面層において、ウレタン樹脂に結合したカチオン性構造及び該アニオン性構造と、ウレタン樹脂に結合していないカチオン及びアニオンとの比率を求めるために、以下の分析を行った。
電子写真用ローラをメチルエチルケトン(MEK)に浸漬し、ローラ全体が浸るように注意しながら3日間放置した。3日放置後に、得られた浸漬液を乾固し、抽出物を得た。この抽出物を重クロロホルムに溶かし、1H-NMR分析を行った。1H-NMRでは、シリコーン弾性層由来のシロキサンピークと、ウレタン樹脂由来のピーク、そしてウレタン樹脂に結合していないカチオン及びアニオンに由来するピークが観測された。それらのピークの積分値を比較することにより、抽出物中に含まれる、ウレタン樹脂に結合していないカチオン及びアニオンのモル数を算出した(以下、このモル数をAとする)。
また一方で、以下に定義されるモル数Bは、表面層の質量及び表6に示されたイオン化合物の配合比から算出可能である。
モル数B=表面層に含まれるウレタン樹脂に結合したカチオン性構造及び該アニオン性構造と、ウレタン樹脂に結合していないカチオン及びアニオンとの合計
このようにして求めたモル数A及びBから、以下の式によりイオン固定化率を算出した。
イオン固定化率 = (B-A)/B×100 (%)
温度23℃、湿度50%RHの環境に設置したマイクロゴム硬度計MD-1型(高分子計器株式会社製)を用いて、マイクロゴム硬度を、電子写真用ローラの中央位置及び両端部から30mm位置の計3点で測定した。それらの3点の平均値を求めて、電子写真用ローラのMD-1硬度とした。
現像ローラ表面のタック性が高いと、使用条件によっては現像ローラ表面にトナーが固着する場合がある。トナーの固着が発生した個所は局所的にトナーの搬送性が異なるため、カートリッジ使用初期の画像上にトナー固着スジと称する縦方向の黒スジが発生する。現像ローラ表面のトナー固着は、現像ブレードやトナー供給ローラとの摩擦によって徐々に掻きとられ、減少していく場合もある。この場合は、印刷枚数を重ねることによって画像上のトナー固着スジは消失する。
以上の点を踏まえ、トナー固着スジの評価を以下の手順で行った。
レーザプリンタ(商品名:LBP5300;キヤノン社製)用のブラックトナーカートリッジに作製した電子写真用ローラを現像ローラとして装着した。このブラックトナーカートリッジを上記レーザプリンタに装填した。そして、このレーザプリンタを用いて白ベタ画像の出力動作を行って、現像ローラの表面にブラックトナーが接する状態とした。このトナーカートリッジを、気温40℃、相対湿度95%RHの環境下で、60日間放置した後、温度25℃、相対湿度45%の環境に12時間静置した。
このトナーカートリッジから現像ローラを取り出し、新品のブラックトナーカートリッジに装填して、A4紙にて画像全域で濃度が均一なハーフトーン画像を連続印刷した。この画像について、トナー固着スジが消失する枚数を確認した。なお、1枚目からトナー固着スジが発生しない場合は、消失枚数0と評価付けした。
現像ローラの柔軟性が不十分だと、現像ローラと接するトナーは摺擦負荷によるダメージを蓄積しやすくなるため、使用条件によってはトナーフィルミングが発生する場合がある。また、耐摩耗性が不十分だと、長期間の使用によって現像ローラ表面が摩耗してしまい、現像ブレードとの当接によるトナー規制力が低下し、トナー漏れを引き起こす原因となる。
以上の点を踏まえ、フィルミング及びトナー漏れ評価を行うために、以下の検討を行った。気温0℃の環境下、レーザプリンタ(商品名:LBP5300;キヤノン社製)用のブラックトナーカートリッジに作製した電子写真用ローラを現像ローラとして装填し、印字率1%にて10000枚連続印刷した。その後、画像全域で濃度が均一なハーフトーン画像を出力し、フィルミングに起因する濃度ムラの評価を行った。濃度ムラはまず目視で同一画像内の近傍における濃度ムラの有無を評価し、その後、濃度ムラ部の近傍内の濃度差の最大値を、反射濃度計(商品名:GreatagMacbeth RD918、マクベス社製)を用いて測定した。
その後、0℃の環境下で印字率1%の連続印刷を再開した。1000枚印刷ごとにトナーカートリッジを取り出し、現像ローラと現像ブレードの当接部を観察し、トナー漏れが確認された時点での枚数をトナー漏れ発生枚数とした。なお、10000枚以下の印刷枚数でトナー漏れが発生した場合は、その時点での枚数をトナー漏れ発生枚数とし、フィルミング評価は実施しなかった。
ウレタンプレポリマー、ポリオール化合物、及びイオン化合物の種類と配合量を表6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2~38に係る現像ローラ、及び物性測定用樹脂シートを作製し、実施例1と同様の評価を行った。
ウレタンプレポリマー、ポリオール化合物、及びイオン化合物の種類と配合量を表6に記載の通り変更した以外は実施例1と同様にして、比較例1~4に係る現像ローラ、及び物性測定用樹脂シートを作製し、実施例1と同様の評価を行った。
樹脂構造中にアミノ基及びカルボン酸基を有する樹脂として、「RAMレジン-1000」(商品名;大阪有機化学工業社製、重量平均分子量Mw=80,000)を使用した。「RAMレジン-1000」は下記構造式36で表されるアクリル樹脂組成物である。なお、構造式36中、l=1及びm=1である。
この表面層形成用塗料を用いて、実施例1と同様の手順で、比較例5に係る現像ローラ、及び物性測定用樹脂シートを作製し、実施例1と同様の評価を行った。
上記評価試験により得られた実施例及び比較例の結果を表7-1~表7-3に示す。
それらの中でも、以下の実施例は、トナー漏れが発生するまでの印刷枚数が14000枚以上となり、特に高い耐摩耗性を示した。
・炭素数が8以下のエーテル鎖、エステル鎖又はカーボネート鎖を持つポリオールを使用した実施例1~8、11~17、19~22及び25~37
・ポリオレフィンポリオールを使用した実施例23及び24
また、非芳香族系のカチオン構造を含有する実施例27~31と比較して、芳香族系のカチオン構造を含有する実施例1~6はより高いレベルでトナー固着が抑制される結果となった。また、樹脂表面層に含まれるカチオン性構造やアニオン性構造の量が少ない実施例35と比較して、カチオン性構造やアニオン性構造の含有量が多い実施例36はより高いレベルでトナー固着が抑制されていた。
それに対し、以下の比較例は、樹脂のタックが高くなり、トナー固着量を抑制できない結果となった。
・表面層を形成するウレタン樹脂が、イオン化合物を含有しない比較例1
・疎水性の低い主鎖構造でウレタン樹脂が構成されている比較例2及び3
・カチオン性構造及びアニオン性構造がウレタン樹脂に結合していない比較例4
また、カチオン性構造及びアニオン性構造がアクリル樹脂に結合している比較例5は、引張強度やMD-1硬度が低く、印刷枚数50枚でトナー漏れが発生し、フィルミング性能を評価できない結果となった。
(ポリエステルポリアミド AM-1の合成)
反応容器中で、1,8-オクタンジオール292.5g(2モル)(東京化成工業社製)、アジピン酸438.4g(3モル)(東京化成工業社製)及びイオン化合物IP-124.6g(0.1モル)を混合し、窒素雰囲気下で200℃、4時間反応を行った。この反応物に、1,6-ヘキサメチレンジアミン232.4g(2モル)(東京化成工業社製)とアジピン酸146.1g(1モル)を加え、窒素雰囲気下で240℃、4時間反応を行った。室温冷却後に、得られた樹脂をメタノールですすぎ、さらに10Lのメタノールに3日間浸漬して未反応成分を溶出させた。その後、減圧下で残留する水及び溶媒成分を除去し、下記構造式37で示されるポリエステルポリアミド樹脂AM-1を得た。
この熱可塑エラストマー組成物のペレットを温度200℃で溶融し、支持部材である、厚さ0.08mmのSUS板上に、熱可塑性エラストマー組成物を押出成形することにより、電子写真用ブレードを作製した。
ポリエステルポリアミド樹脂AM-1を厚さ2.0mmのシート金型に入れ、200℃に加熱した熱プレスにて10分間加硫した後、室温まで冷却し、物性測定用樹脂シートを作製した。
(タック試験)
作製した物性測定用樹脂シートを温度40℃、湿度95RH%の環境下に1週間放置した。その後、物性測定用樹脂シートを温度25℃、相対湿度45%の環境にて1時間放置し、同環境でこれらの現像ブレード表面の粘着強度を、タッキング試験機TAC-II(レスカ社製)を用いて測定した。測定は、プリロード400gf、押し込み速度30mm/min、押し込み荷重400gf、押し込み時間5秒、引上げ速度600mm/minの条件にて、円柱形φ5.1mm、ステンレス製のプローブを用いた。粘着強度は、5回の測定値(ピーク値)の平均値とした。
引張強さを、日本工業規格(JIS)K6251:2017に記載された方法に準じて測定した。測定には、万能引張試験機(商品名:テンシロンRTC-1250A;株式会社エー・アンド・デイ製)を使用した。また測定環境は、温度23℃、湿度55%RHとした。予め、温度23℃、湿度55%RHに24時間以上置いた物性測定用樹脂シートから、JIS K6251:2017に記載のダンベル状2号形の試験片を切り出した。厚みゲージにて試験片の中央平行部分の厚みを3点測定し、その中央値を試験片の厚みとした。また、試験片の中央平行部分の幅を3点測定し、その平均値を試験片の幅とした。得られた試験片の厚みと試験片の幅から、下記式により試験片の断面積を算出した。
試験片の断面積=試験片の厚み×試験片の幅
この試験片の両端各10mmを万能引張試験機のチャックに取り付け、チャックの移動速度500mm/minで引張試験を行った。試験片を切断するまで引張り、記録される最大の引張力を試験片の断面積で除した値を、当該試験片の引張強さとした。測定は、一つの樹脂シートから5本の試験片を切り出して5回繰り返し行い、その中央値を測定結果とした。
得られた物性測定用樹脂シートを、冷凍粉砕機「JFC-300」(商品名、日本分析工業社製)を用いて、液体窒素冷却下で10分間粉砕し、微粉末状の試料を得た。この試料を固体1H-NMR分析し、アミド結合に由来するプロトンピークの積分値より、アミド結合濃度の定量を行った。また、カチオン構造とアニオン構造に由来するプロトンピークの積分値より、カチオン構造及びアニオン構造の含有量を算出した。
得られた電子写真用ブレードについて、現像ブレードとして以下の項目の評価を行った。
(イオン固定化率)
表面層において、アミド樹脂に結合したカチオン性構造及びアニオン性構造と、アミド樹脂に結合していないカチオン及びアニオンとの比率を求めるために、以下の分析を行った。
現像ブレードをMEKに浸漬し、ブレード全体が浸るように注意しながら25℃で3日間放置した。3日放置後に、得られた浸漬液を乾固し、抽出物を得た。この抽出物を重クロロホルムに溶かし、1H-NMR分析を行った。1H-NMRでは、アミド樹脂由来のピーク、そしてアミド樹脂に結合していないカチオン及びアニオンに由来するピークが観測された。それらのピークの積分値を比較することにより、抽出物中に含まれる、アミド樹脂に結合していないカチオン及びアニオンのモル数を算出した。(以下、このモル数をAとする)
また一方で、以下に定義されるモル数Bは、表面層の質量、及び固体1H-NMR分析で求めたカチオン構造及びアニオン構造の含有量から算出可能である。
・モル数B=表面層に含まれるアミド樹脂に結合したカチオン性構造及び該アニオン性構造と、アミド樹脂に結合していないカチオン及びアニオンとの合計のモル数
このようにして求めたモル数A及びBから、以下の式により固定化率を算出した。
イオン固定化率 = (B-A)/B×100 (%)
現像ブレード表面のタック性が高いと、使用条件によっては現像ブレード表面にトナーが固着する場合がある。トナーの固着が発生した個所は局所的にトナーの搬送性が異なるため、カートリッジ使用初期の画像上にトナー固着スジと称する縦方向の黒スジが発生する。現像ブレード表面のトナー固着は、現像ローラとの摩擦によって徐々に掻きとられ、減少していく場合もある。この場合は、印刷枚数を重ねることによって画像上のトナー固着スジは消失する。
以上の点を踏まえ、トナー固着スジの評価を以下の手順で行った。
レーザプリンタ(商品名:LBP5300;キヤノン社製)用のブラックトナーカートリッジに作製した電子写真用ブレードを現像ブレードとして装着した。このブラックトナーカートリッジを上記レーザプリンタに装填した。そして、このレーザプリンタを用いて白ベタ画像の出力動作を行って、現像ブレードの表面にブラックトナーが接する状態とした。このトナーカートリッジを、気温40℃、相対湿度95%RHの環境下で、60日間放置した後、温度25℃、相対湿度45%の環境に12時間静置した。
このトナーカートリッジから現像ブレードを取り出し、新品のブラックトナーカートリッジに装填して、A4紙にて画像全域で濃度が均一なハーフトーン画像を連続印刷した。この画像について、トナー固着スジが消失する枚数を確認した。なお、1枚目からトナー固着スジが発生しない場合は、消失枚数0と評価付けした。
現像ブレードの柔軟性が不十分だと、現像ブレードと接するトナーは摺擦負荷によるダメージを蓄積しやすくなるため、使用条件によっては劣化したトナーがブレード上に融着して現像スジと呼ばれる縦筋状の画像弊害を生じる場合がある。また、耐摩耗性が不十分だと、長期間の使用によって現像ブレード表面が摩耗してしまい、現像ローラとの当接によるトナー規制力が低下し、トナー漏れを引き起こす原因となる。
以上の点を踏まえ、現像スジ及びトナー漏れ評価を行うために、以下の検討を行った。気温0℃の環境下、レーザプリンタ(商品名:LBP5300;キヤノン社製)用のブラックトナーカートリッジに作製した現像ブレードを装填した。印字率1%にて10000枚連続印刷後、現像ブレードを取り出し、表面のトナーを除去した。その後、A4の紙でベタ黒画像を出力し、その画像について幅0.2mm以上の現像スジ(縦スジ状の白抜け)の発生本数を確認した。
(ポリエステルポリアミド AM-2の合成)
イオン化合物IP-1 24.6g(0.1モル)をイオン化合物IP-2 30.4g(0.1モル)に変更した以外は、AM-1の合成と同様の手順で、ポリエステルポリアミド樹脂AM-2を得た。AM-2は、下記平均構造式38で表される化合物である。
反応容器中で、3-メチル-1,5-ペンタンジオール236.4g(2モル)(東京化成工業社製)、アジピン酸438.4g(3モル)(東京化成工業社製)及びイオン化合物IP-1 24.6g(0.1モル)を混合し、窒素雰囲気下で200℃、4時間反応を行った。この反応物に、1,6-ヘキサメチレンジアミン464.8g(4モル)(東京化成工業社製)とアジピン酸438.4g(3モル)を加え、窒素雰囲気下で240℃、4時間反応を行った。室温冷却後に、得られた樹脂をメタノールですすぎ、さらに10Lのメタノールに3日間浸漬して未反応成分を溶出させた。その後、減圧下で残留する水及び溶媒成分を除去し、下記平均構造式39で示されるポリエステルポリアミド樹脂AM-3を得た。
反応容器中で、3-メチル-1,5-ペンタンジオール236.4g(2モル)(東京化成工業社製)、アジピン酸438.4g(3モル)(東京化成工業社製)及びイオン化合物IP-2 30.4g(0.1モル)を混合し、窒素雰囲気下で200℃、4時間反応を行った。この反応物に、1,6-ヘキサメチレンジアミン93.0g(0.8モル)(東京化成工業社製)を加え、窒素雰囲気下で240℃、4時間反応を行った。
室温冷却後に、得られた樹脂をメタノールですすぎ、さらに10Lのメタノールに3日間浸漬して未反応成分を溶出させた。その後、減圧下で残留する水及び溶媒成分を除去し、下記平均構造式40で示されるポリエステルポリアミド樹脂AM-4を得た。
イオン化合物IP-1 24.6g(0.1モル)をイオン化合物IP-9 22.4g(0.1モル)に変更した以外は、AM-3の合成と同様の手順で、ポリエステルポリアミド樹脂AM-5を得た。AM-5は、下記平均構造式41で表される化合物である。
反応容器中で、1,8-オクタンジオール73.1g(0.5モル)(東京化成工業社製)、アジピン酸116.9g(0.8モル)(東京化成工業社製)及びイオン化合物IP-1 24.6g(0.1モル)を混合し、窒素雰囲気下で200℃、4時間反応を行った。この反応物に、1,6-ヘキサメチレンジアミン1162.0g(10モル)(東京化成工業社製)とアジピン酸1315.3g(9モル)を加え、窒素雰囲気下で240℃、4時間反応を行った。室温冷却後に、得られた樹脂をメタノールですすぎ、さらに20Lのメタノールに3日間浸漬して未反応成分を溶出させた。その後、減圧下で残留する水及び溶媒成分を除去し、下記平均構造式42で示されるポリエステルポリアミド樹脂AM-6を得た。
反応容器中で、1,8-オクタンジオール292.5g(2モル)(東京化成工業社製)、アジピン酸438.4g(3モル)(東京化成工業社製)及びイオン化合物IP-124.6g(0.1モル)を混合し、窒素雰囲気下で200℃、4時間反応を行った。この反応物に、1,6-ヘキサメチレンジアミン58.1g(0.5モル)(東京化成工業社製)を加え、窒素雰囲気下で240℃、4時間反応を行った。室温冷却後に、得られた樹脂をメタノールですすぎ、さらに10Lのメタノールに3日間浸漬して未反応成分を溶出させた。その後、減圧下で残留する水及び溶媒成分を除去し、下記平均構造式43で示されるポリエステルポリアミド樹脂AM-7を得た。
(ポリエステルポリアミド AM-8の合成)
反応容器中で、1,4-ブタンジオール180.2g(2モル)(東京化成工業社製)、コハク酸354.3g(3モル)(東京化成工業社製)及びイオン化合物IP-1 24.6g(0.1モル)を混合し、窒素雰囲気下で200℃、4時間反応を行った。この反応物に、1,6-ヘキサメチレンジアミン232.4g(2モル)(東京化成工業社製)とコハク酸118.1g(1モル)を加え、窒素雰囲気下で240℃、4時間反応を行った。室温冷却後に、得られた樹脂をメタノールですすぎ、さらに10Lのメタノールに3日間浸漬して未反応成分を溶出させた。その後、減圧下で残留する水及び溶媒成分を除去し、下記平均構造式44で示されるポリエステルポリアミド樹脂AM-8を得た。
上記評価試験により得られた実施例及び比較例の結果を表8に示す。
その中でも、特に芳香族系のカチオン構造を含有する実施例39~42、及び樹脂中にアミド結合を多く含む実施例44はより高いレベルでトナー固着が抑制される結果となった。それに対し、構造式1~構造式4で示される構造を有しない比較例6は、樹脂のタックが高くなり、トナー固着を抑制できない結果となった。
(弾性ローラの作製)
下記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。
・NBRゴム
(商品名:Nipol DN219;日本ゼオン社製) 100.0質量部
・カーボンブラック
(商品名:トーカブラック#4300;東海カーボン社製) 40.0質量部
・炭酸カルシウム
(商品名:ナノックス#30;丸尾カルシウム社製) 20.0質量部
・ステアリン酸(商品名:ステアリン酸S;花王社製) 1.0質量部
・硫黄(商品名:Sulfax 200S;鶴見化学工業社製) 1.2質量部
・テトラベンジルチウラムジスルフィド
(商品名:TBZTD;三新化学工業社製) 4.5質量部
弾性ローラD-2を、実施例1で調整した表面層形成用塗料に浸漬して、弾性ローラD-2の弾性層の表面に当該塗料の塗膜を形成し、乾燥させた。以下実施例1と同様にして実施例46に係る電子写真用ローラを作製した。得られた電子写真用ローラについて、GC-MS分析、及び1H-NMR分析を行うことにより、ポリオール化合物P-1に由来するn-テトラデシレン構造と、イオン化合物IP-1に由来するイミダゾリウム基、及びスルホン酸基を有することを確認した。
帯電ローラ表面のタック性が高いと、使用条件によっては帯電ローラ表面に汚れが付着する場合がある。このような場合、電子写真感光体を帯電する際に、汚れ付着部が局所的に帯電不良となり、画像上に白ポチと称する画像不良(ドット上の白抜け)が発生する。
以上の点を踏まえ、帯電ローラ汚れの評価を以下の手順で行った。
電子写真装置として、電子写真方式のレーザプリンタ(商品名:Laserjet CP4525dn、HP社製)を用意した。次に、当該レーザプリンタ専用のトナーカートリッジに、得られた電子写真用ローラを帯電ローラとして装着した。このトナーカートリッジを上記のレーザプリンタに装填し、温度30℃、相対湿度80%の環境下で耐久試験を行った。耐久試験は、2枚の画像を出力した後、感光ドラムの回転を完全に約3秒間停止させ、画像出力を再開するという間欠的な画像形成動作を繰り返して80000枚の電子写真画像を出力するものである。この際の出力画像は、サイズが4ポイントのアルファベットの「E」の文字が、A4紙の面積に対し被覆率が1%となるように印字されるような画像とした。耐久後、A4紙でハーフトーン画像(感光体の回転方向と垂直方向に幅1ドットの横線が、当該回転方向に2ドットの間隔で描かれた画像)を出力し、得られた画像について、直径0.2mm以上の白ポチの発生数を確認した。
表面層形成用塗料を、各々、実施例2、7、8または29で調整したものに変更した以外は実施例46と同様にして、実施例47~50に係る電子写真用ローラを作製した。得られた電子写真用ローラを、実施例46と同様の評価に供した。
表面層形成用塗料を、比較例3で調整したものに変更した以外は実施例46と同様にして、比較例7に係る電子写真用ローラを作製し、実施例46と同様の評価を行った。
上記評価試験により得られた実施例及び比較例の結果を表9に示す。
それらの中でも、特に芳香族系のカチオン構造を含有する実施例46~49はより高いレベルで帯電ローラ汚れが抑制される結果となった。
それに対し、構造式1~構造式4で示される構造を有しない比較例7は、樹脂のタックが高くなり、帯電ローラ汚れを抑制できない結果となった。
2a 導電性基体
3a 表面層
4 弾性体
Claims (5)
- 導電性基体と表面層とを有する電子写真用部材であって、
該表面層は、ウレタン結合及びアミド結合の少なくとも一方を有する樹脂を含み、
該樹脂は、分子内にカチオン性構造及びアニオン性構造を有し、かつ、
(構造式1)~(構造式4)で示される構造からなる群から選択される少なくとも1つの構造を有し、該表面層に含まれる該樹脂の全質量に対して、(構造式1)~(構造式4)で示される構造が占める比率が10質量%以上であることを特徴とする電子写真用部材:
- 前記樹脂に、共有結合により保持されている前記カチオン性構造及びアニオン性構造と、前記樹脂と共有結合していないカチオン及びアニオンとの合計のモル数に対して、
前記樹脂と共有結合していないカチオン及びアニオンのモル数の比率が30モル%以下である請求項1に記載の電子写真用部材。 - 前記カチオン性構造が、含窒素芳香環を有する構造である請求項1又は2に記載の電子写真用部材。
- 電子写真装置の本体に着脱自在に構成されているプロセスカートリッジであって、帯電部材、現像部材、トナー供給部材及びクリーニング部材からなる群より選択される少なくとも1つの部材を有し、
該部材が、請求項1~3のいずれか1項に記載の電子写真用部材を有するプロセスカートリッジ。 - 帯電部材、現像部材、トナー供給部材及びクリーニング部材からなる群より選択される少なくとも1つの部材を有する電子写真装置であって、
該部材が、請求項1~3のいずれか1項に記載の電子写真用部材を有する電子写真装置。
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