(57)【要約】      （修正有）【課題】溶剤塗工の必要がなく、十分な性能を与える最外層を持つバイアス荷電部材を提供する。【解決手段】バイアス荷電部材（ＢＣＲ）２は導電性コア４および導電性コア４上に配置された外表面層７を具備する。外表面層７は、水溶性ポリアミド樹脂および水溶性アミノプラスト樹脂を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）導電性コア、ならびに
ｂ）前記導電性コア上に配置された外表面層であって、水溶性ポリアミド樹脂および水溶性アミノプラスト樹脂を含む前記外表面層
を含む、バイアス荷電部材。
【請求項２】
前記外表面層が、さらに湿潤剤、導電性成分、表面粗さ制御剤、および触媒を含む請求項１に記載のバイアス荷電部材。
【請求項３】
前記湿潤剤が水溶性シリコーンコポリマーを含む請求項２に記載のバイアス荷電部材。
【請求項４】
前記導電性成分が、カーボンブラック、金属酸化物、および導電性ポリマーからなる群から選ばれる、請求項２に記載のバイアス荷電部材。
【請求項５】
前記触媒が、脂肪族カルボン酸、芳香族カルボン酸、および芳香族スルホン酸からなる群から選ばれた酸である、請求項２に記載のバイアス荷電部材。
【請求項６】
水溶性ポリアミド樹脂、水溶性アミノプラスト樹脂、酸触媒、水溶性シリコーンコポリマーである湿潤剤、水、カーボンブラック、およびポリアミド粒子を混合して分散体を得ること；
バイアス荷電ロール基板に前記分散体を塗工すること；
前記塗膜を加熱して最外層を形成すること
を含む、バイアス荷電部材の製造方法。
【請求項７】
前記カーボンブラックが、前記最外層の総固形分重量に基づいて約１から約３０重量％の量を占める、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記バイアス荷電ロール基板が、導電性コアの上に配置された基材を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
ａ）導電性コア、
ｂ）前記導電性コア上に配置された基材、ならびに
ｃ）前記基材上に配置された、カプロラクタム、アジピン酸、およびアミノエチルピペラジンからなるポリアミド樹脂、水溶性アミノプラスト樹脂、水溶性シリコーンコポリマーである湿潤剤、酸触媒、表面粗さ制御剤、およびカーボンブラックを含む外表面層
を含む、バイアス荷電部材。
【請求項１０】
前記基材が、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、ブチルゴム、ポリウレタン、シリコーンゴム、フッ素ゴム、スチレン‐ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルゴム、エチレン‐プロピレンゴム、エピクロロヒドリン‐エチレンオキシドコポリマーゴム、エピクロロヒドリン‐エチレンオキシド‐アリルグリシジルエーテルコポリマーゴム、エチレン‐プロピレン‐ジエン三元コポリマーゴム、アクリロニトリル‐ブタジエンコポリマーゴム（ＮＢＲ）、および天然ゴムからなる群から選ばれる、請求項９に記載のバイアス荷電部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯電部材に関し、より具体的には、帯電部材の外表面層に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置は、帯電部材またはバイアス荷電部材を用いた像保持体の静電帯電を必要とする。電位が周囲と異なる静電潜像は、静電的に帯電した像保持体上に形成される。これら静電潜像は、トナーを含む現像剤で現像され、ひいては記録材料に転写される。
【０００３】
帯電部材は、像保持体を静電的に帯電させる機能を備えた装置であって、帯電部材を像保持体に直接接触させて像保持体の静電的な帯電を行う接触帯電法を利用できる。
【０００４】
前記帯電部材は、像保持体の表面と直接接触させられ、像保持体表面の動きと同調して回転して像保持体に帯電をもたらすように作られた帯電ロール等の帯電部材を備えている。この帯電ロールは、例えば、基材、基材の周囲面に形成された弾性導電層、および最外層からなる。
【０００５】
現在、最外層は溶剤を用いて弾性導電層に塗工され、この塗料は熱硬化される。
【０００６】
溶剤塗工の必要がなく、さらに十分な性能を与える最外層を提供することが望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施形態によれば、バイアス荷電部材が提供される。このバイアス荷電部材は、導電性コアおよびこの導電性コアに配置された外表面層を具備する。この外表面層は、水溶性ポリアミド樹脂および水溶性アミノプラスト樹脂を含む。
【０００８】
別の実施形態によれば、バイアス荷電部材の製造方法が提供される。この方法は、水溶性ポリアミド樹脂、水溶性アミノプラスト樹脂、酸触媒、水溶性シリコーンコポリマーである湿潤剤、水、カーボンブラック、およびポリアミド粒子を混合して分散体を得ることを含む。この分散体は、バイアス荷電ロール基板に塗工される。この塗料は、加熱されて最外層を形成する。
【０００９】
別の実施形態によれば、バイアス荷電部材が提供される。このバイアス荷電部材は、導電性コア、この導電性コアの上に配置された基材、およびこの基材の上に配置された外表面層を具備する。この外表面層は、カプロラクタム、アジピン酸、およびアミノエチルピペラジンからなるポリアミド樹脂、水溶性アミノプラスト樹脂、水溶性シリコーンコポリマーである湿潤剤、酸触媒、表面粗さ制御剤、およびカーボンブラックを含む。
【００１０】
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、本教示のいくつかの実施形態の良い例となり、その説明とともに本教示の原理を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、導電性コアおよびこの上に配置された外表面層を備える例示的バイアス荷電ロール（ＢＣＲ）を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
これらの図の詳細は部分的に簡略化されており、厳密な構造的正確さ、細部、および尺度を保持するためではなく実施形態の理解を容易にするために描写されていることに留意されたい。
【００１３】
添付の図面に例示の本教示の実施形態をここで詳細に参照する。可能な限り、図面全体にわたって同一の参照番号を用いて同一または同種の部品を参照する。
【００１４】
以下の説明において、その一部をなす添付の図面を参照し、本教示が実践され得る具体例としての実施形態を実例として示す。これらの実施形態は、当業者が本教示を実践するのを可能にするのに十分詳細に記載されており、その他の実施形態が利用され得ること、および本教示の範囲を逸脱することなく変更がなされ得ることを理解されたい。以下の説明はそれ故例示に過ぎない。
【００１５】
１以上の実施、変更、および／または修正に関する実例は、添付の特許請求の範囲の趣旨と範囲から逸脱することなく具体的な例に対してもたらされ得る。さらに、いくつかの実施のただ一つに関して特定の特徴が開示されていることがあるが、かかる特徴は、任意の所与のまたは特定の機能に対して所望され得る、および有利であり得るその他の実施の特徴の１以上と組み合わせられ得る。さらに、「具備して」、「具備する」、「有して」、「有する」、「備えて」という用語、またはこれらの異形が、詳細な説明および特許請求の範囲のどちらかに使用される限りは、かかる用語は、「含む」という用語と同様の様態で包括的であることを意図する。「少なくとも１つの」という用語は、記載されている事柄の一つまたはそれより多くが選択され得るという意味で用いられる。
【００１６】
広い範囲の実施形態を説明する数的な範囲およびパラメータは近似値であるものの、具体的な実施例で示される数値は、できるだけ正確に報告される。しかしながら、いかなる数値も、これらのそれぞれの試験測定で見られる標準偏差から必然的に生じるある程度の誤差を本質的に含む。さらに、ここに開示されるすべての範囲は、ここに組み込まれる任意のおよびすべての下位範囲を網羅すると理解されたい。例えば、「１０より小さい」範囲は、最低値０および最高値１０の間（これらの値を含む）の任意のおよびすべての下位範囲、すなわち、０以上の最低値および１０以下の最高値を有する任意のおよびすべての下位範囲、例えば１から５を含むことができる。特定の場合において、パラメータに関して述べられる数値は、負の値を採用することができる。この場合、「１０より小さい」と述べられた範囲の値の例は、負の値、例えば、−１、−２、−３、−１０、−２０、−３０等を想定することができる。
【００１７】
図１を参照すると、感光体部材３として組み入れられた像担持体に接触して保持されたバイアス荷電ローラ（ＢＣＲ）２を有する実施形態が示されている。しかしながら、ここでの実施形態は、帯電されるべき誘電性の受材またはその他の適切な部材を帯電するために用いることができる。感光体部材３は、ドラム、ベルト、フィルム、ドレルト（ベルトとドラムの中間物）、またはその他の既知の感光体部材でよい。ＢＣＲ２が回転している間、直流電圧および場合により交流電流が電源９からＢＣＲ２の導電性コア４に印加され、感光体部材３を帯電させる。導電性コア４は基材５に包囲されていることが図１に示される。一つの層として示されているものの、基材５を取り除くこと、または多層の基材５を有することも可能である。これらの層を、基層、中間層、または基板層という。ＢＣＲ２の基材５は、以下に論じる適切な充填剤の半導体不純物を含む任意の弾性材料であってよい。ＢＣＲ２の基材５に導電性保護膜を設けて外表面層７を形成する。基板層、中間層、および外層には充填剤があってもなくてもよい。
【００１８】
導電性コア４は、電極および帯電ロールの支持部材としての役割を果たし、導電性材料、例えば、金属またはアルミニウム合金、銅合金、ステンレス鋼等；クロムまたはニッケルメッキで被覆された鉄；導電性樹脂等からなる。導電性コアの直径は、例えば、約１ｍｍから約２０ｃｍ、または約５ｍｍから約２ｃｍである。
【００１９】
基材５は、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、ブチルゴム、ポリウレタン、シリコーンゴム、フッ素ゴム、スチレン‐ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルゴム、エチレン‐プロピレンゴム、エピクロロヒドリン‐エチレンオキシドコポリマーゴム、エピクロロヒドリン‐エチレンオキシド‐アリルグリシジルエーテルコポリマーゴム、エチレン‐プロピレン‐ジエン三元コポリマーゴム（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリル‐ブタジエンコポリマーゴム（ＮＢＲ）、天然ゴム、およびこれらのブレンドでよい。これらの中で、ポリウレタン、シリコーンゴム、ＥＰＤＭ、エピクロロヒドリン‐エチレンオキシドコポリマーゴム、エピクロロヒドリン‐エチレンオキシド‐アリルグリシジルエーテルコポリマーゴム、ＮＢＲ、およびこれらのブレンドが好ましく用いられる。
【００２０】
導電剤、電子導電剤、またはイオン性導電剤が基材に用いられる。電子導電剤の例としては、微粉状の、ケッチェンブラックおよびアセチレンブラック等のカーボンブラック；熱分解カーボン、黒鉛；アルミニウム、銅、ニッケル、およびステンレス鋼等の種々の導電性金属または合金；酸化スズ、酸化インジウム、酸化チタン、酸化スズ‐酸化アンチモン固溶体、および酸化スズ‐酸化インジウム固溶体等の種々の導電性金属酸化物；導電性処理で処理された表面を有する絶縁材料等が挙げられる。さらに、イオン性導電剤の例としては、テトラエチルアンモニウム、ラウリルトリメチルアンモニウム等の過塩素酸塩または塩素酸塩；リチウムおよびマグネシウム等のアルカリ金属ならびにアルカリ土類金属の過塩素酸塩または塩素酸塩等が挙げられる。これらの導電剤は単独で、またはこれらの２種以上の組合せで用いられ得る。
【００２１】
さらに、基材への添加量は特に限定されない。例えば、添加する導電剤の量は、ゴム材料１００重量部に対して約１から約３０重量部、または約５から約２５重量部である。添加するイオン性導電剤の量は、ゴム材料１００重量部に対して約０．１から約５．０重量部、または約０．５から約３．０重量部に及ぶ。基材の層の厚さは、約１ｍｍから約２０ｃｍ、または約５ｍｍから約３ｃｍである。
【００２２】
外表面層すなわち保護膜層７はポリアミド樹脂およびアミノプラスト樹脂を含む。ポリアミド樹脂およびアミノプラスト樹脂は水溶液から塗工され硬化される。外表面層の外層厚さは、約０．１μｍから約５００μｍ、または約１μｍから約５０μｍである。
【００２３】
水溶性ポリアミド樹脂は、カプロラクタム、アジピン酸、およびアミノエチルピペラジンのコポリアミドである。水溶性ポリアミド樹脂の実施形態は、東レのＡＱ  ＮＹＬＯＮ（登録商標）Ａ‐９０を含む。最外層に用いることのできるその他の水溶性ポリアミド樹脂としては、すべて東レ製のＡＱ  ＮＹＬＯＮ（登録商標）Ｐ‐７０、Ｐ‐９５等のアルキレンオキシド変性ナイロン６；およびＡＱ  ＮＹＬＯＮ（登録商標）Ｔ‐７０等のアミン／アルキレンオキシド変性ナイロン６が挙げられる。
【００２４】
水溶性アミノプラスト樹脂は、水溶性メラミンホルムアルデヒド樹脂、水溶性尿素ホルムアルデヒド樹脂、水溶性ベンゾグアナミンホルムアルデヒド樹脂、または水溶性グリコールウリルホルムアルデヒド樹脂のうちの一つである。メラミンホルムアルデヒド共重合樹脂の例としては、Ａｌｌｎｅｘ製ＣＹＭＥＬ（登録商標）３７３およびその他の水溶性メラミンホルムアルデヒド樹脂が挙げられる。
【００２５】
実施形態において、メラミンホルムアルデヒド樹脂およびベンゾグアナミンホルムアルデヒド樹脂は、メチロール基がそのまま存在するメチロール型樹脂、メチロール基がすべてアルキルエーテル化された完全エーテル型樹脂、完全イミノ型樹脂、およびメチロール‐イミノ混合型樹脂を含む。これらの樹脂の中で、塗料溶液中での安定性という点から、エーテル型樹脂がその他の樹脂より好ましい。実施形態では、水溶性アミノプラスト樹脂は、
【００２６】
【化１】
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【００２７】
で表される水溶性樹脂、およびこれらの混合物であると共に、Ｒ１からＲ７の各々は、Ｈ、ＣＨ２ＯＨ、またはアルキルエーテル基を示す。
【００２８】
外表面層は、ポリアミド樹脂およびアミノプラスト樹脂に加えて、湿潤剤、導電性成分、表面粗さ制御剤、および酸触媒を含むことができると共に、ポリアミド樹脂は約３０から約８０重量％の量で存在し、アミノプラスト樹脂は約５から約１５重量％の量で存在し、湿潤剤は約０．１から約５重量％存在し、導電性成分は約５から約４０重量％の量で存在し、表面粗さ制御剤は約５から約３０重量％の量で存在し、酸触媒は約０．１から約５重量％の量で存在し、合計は１００重量％である。
【００２９】
実施形態では、湿潤剤は水溶性シリコーンコポリマーである。最外層に使用できるシリコーンコポリマー湿潤剤としては、Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，  Ｉｎｃ．製のＳＩＬＷＥＴ（登録商標）Ｌ‐７２３０およびその他の水溶性シリコーンコポリマーが挙げられる。
【００３０】
実施形態では、導電性成分は、カーボンブラック、金属酸化物、または導電性ポリマーを含むことができる。導電性成分の例としては、微粉状の、ケッチェンブラックおよびアセチレンブラック等のカーボンブラック；熱分解カーボン、黒鉛；アルミニウム、銅、ニッケル、およびステンレス鋼等の種々の導電性金属または合金；酸化スズ、酸化インジウム、酸化チタン、酸化スズ‐酸化アンチモン固溶体、および酸化スズ‐酸化インジウム固溶体等の種々の導電性金属酸化物；導電性処理で処理された表面を有する絶縁材料等が挙げられる。さらに、導電性ポリマーの例としては、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレン等が挙げられる。これらの導電剤は単独で、またはこれらの２種以上の組合せで用いられ得る。外表面における導電性成分の量は、外表面層の総固形分重量に基づいて０．１から約６０重量％である。最外層に組み込むことができるカーボンブラック導電性成分としては、共にＣａｂｏｔ  Ｃｏｒｐ．のＭＯＮＡＲＣＨ（登録商標）１０００、ＥＭＰＥＲＯＲ（登録商標）Ｅ１８００が挙げられる。
【００３１】
実施形態では、表面粗さ制御剤は、ポリアミド粒子を含む。このポリアミド粒子は、平均径が２ミクロンから２０ミクロンである。表面粗さ制御剤として適切なポリアミドとしては、すべてＡｒｋｅｍａ製のＯＲＧＡＳＯＬ（登録商標）２００１ＵＤＮＡＴ１（平均径約５ミクロン）、２００１ＥＸＤＮＡＴ１（平均径約１０ミクロン）、または２００２ＤＮＡＴ１（平均径約２０ミクロン）が挙げられる。
【００３２】
外層に適する酸触媒の例としては、脂肪族カルボン酸、例えば酢酸、クロロ酢酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸、シュウ酸、マレイン酸、マロン酸、乳酸、およびクエン酸；芳香族カルボン酸、例えば安息香酸、フタル酸、テレフタル酸、およびトリメリト酸；脂肪族および芳香族スルホン酸、例えばメタンスルホン酸、ドデシルスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、ｐ‐トルエンスルホン酸、ジノニルナフタレンスルホン酸（ＤＮＮＳＡ）、ジノニルナフタレンジスルホン酸（ＤＮＮＤＳＡ）、およびフェノールスルホン酸；ならびにリン酸が挙げられる。
【００３３】
外表面層７のバルクおよび表面伝導率は、ＢＣＲ２での電気的損失を防ぐため、ＢＣＲ２を上回るべきであるが、わずかに上回るべきである。表面層７は、表面抵抗率が約１×１０２Ω／□から約１×１０１２Ω／□、約１×１０４Ω／□から約１×１０８Ω／□、または約１×１０５Ω／□から約１×１０６Ω／□が適切であることが分かった。
【００３４】
最外層の表面粗さ（Ｒｚ）は、約２ミクロンから約２０ミクロン、または実施形態では、約４ミクロンから約１８ミクロンもしくは約８ミクロンから約１５ミクロンに及ぶ。最外層の表面粗さＲｚを２ミクロンから２０ミクロンの範囲に制御することによって、帯電部材の耐久性が改良され、帯電能力の突出した長期保持が達成される。
【００３５】
ポリアミド樹脂およびアミノプラスト樹脂の分散体はアミノプラスト樹脂およびポリアミド樹脂を水中で導電性材料とともにボールミル粉砕することによって調製される。触媒は硬化温度を下げるために場合によってこの分散体に添加される。ポリアミド粒子は外表面の粗さを制御するために加えることができる。この分散体は次にＢＣＲ２に塗工される。この塗料は約２５から約２００℃、または約１００から約１８０℃の温度で約１０から約１２０分間または約２５から約６５分間硬化される。代表的な塗装技術としては、浸漬塗装、ロール塗装、噴霧塗装、回転噴霧器、リング塗装、ダイキャスト、フロー塗装等が挙げられる。
【００３６】
実験的に、最外層の分散体を以下のようにして調製した：ＡＱ  ＮＹＬＯＮ（登録商標）Ａ‐９０（東レ製水溶性コポリアミド樹脂）、ＣＹＭＥＬ（登録商標）３７３（Ａｌｌｎｅｘ製水溶性メラミンホルムアルデヒド樹脂）、ｐ‐トルエンスルホン酸、およびＳＩＬＷＥＴ（登録商標）Ｌ‐７２３０（Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ製変性ポリジメチルシロキサン）を水中で撹拌して混合し（固形分約１１重量％）ポリマー基材溶液を得た。ＭＯＮＡＲＣＨ（登録商標）１０００（ＣＡＢＯＴから入手できるカーボンブラック）およびＯＲＧＡＳＯＬ（登録商標）２００１ＵＤＮＡＴ１（Ａｒｋｅｍａ製ポリアミド粒子）をこのポリマー基材溶液に加え、ペイントシェーカーを用いて２ｍｍのステンレス鋼弾で２０時間ボールミル粉砕して分散体を形成した。この分散体（ＡＱ  ＮＹＬＯＮ（登録商標）Ａ‐９０／ＣＹＭＥＬ（登録商標）３７３／ＭＯＮＡＲＣＨ（登録商標）１０００／ＯＲＧＡＳＯＬ（登録商標）２００１ＵＤＮＡＴ１／ｐ‐トルエンスルホン酸／ＳＩＬＷＥＴ（登録商標）Ｌ‐７２３０＝４０．７／２７．１／９．５／２０．３／２．０／０．４、水中、固形分約１６ｗｔ％）をペイントフィルターでろ過して最終的な最外層塗料分散体を得た。この塗料分散体をツキアゲ（Ｔｓｕｋｉａｇｅ）コーターを用いてＯｌｙｍｐｉａ  ＢＣＲに塗工し、続いて１８０℃で３０分間硬化して１０ミクロン厚の最外層を得た。
【００３７】
このＢＣＲの最外層を、約１．３×１０７Ω／□の表面抵抗率および約９．５ミクロンの表面粗さＲｚを含むいくつかの重要な物性について試験した。
【００３８】
得られた上塗りされたＢＣＲを、Ｘｅｒｏｘ  Ｃ７５印刷機で、Ｂゾーンで３００ｋまで連続印刷試験した。印刷物は、１２，０００印刷ごとに抽出し、モトル、粒状性、背景、ＴＲＣ、ＳＡＤライン幅、視覚帯、および縞について試験した。工程データも同一の間隔で収集した。このＢＣＲを感光体での目標のＶｈｉを達成するために用いた。開示の上塗りされたＢＣＲは（カートリッジの全寿命にわたって）Ｃ７５印刷機で、溶剤塗装した最外層を有するＢＣＲと同等に機能した。帯電縞もＢＣＲ汚染も試験の有効期限を通して見られなかった。
【００３９】
試験後のＢＣＲを重要な物性について再度試験した。最外層の厚さに変化はなく、頑丈な塗工層を示した。この最外層の表面粗さは約９．５ミクロンから約７．０ミクロンに減少した。
【図１】
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