(57)【要約】      （修正有）【課題】ロバストな形態制御を提供し、有機溶媒中で膨潤せず、１８０℃を超える融点を有するバイアス帯電ローラの外層にフィラーを有することを目的とする。【解決手段】バイアス帯電部材及び製造方法を記載しており、バイアス帯電部材が提供される。バイアス帯電部材は、導電性コア上に配置された外表面層を含む。外表面層は、外側層の約５から約４０重量パーセントの量で存在する１ミクロンから４０ミクロンの平均サイズを有するセラミック微小球を含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイアス帯電部材において、
ａ）導電性コアと、
ｂ）前記導電性コア上に配置された外表面層とを備え、前記外表面層が、
外層の約５から約４０重量パーセントの量で存在する１ミクロンから４０ミクロンの平均サイズを有するセラミック微小球を含む、バイアス帯電部材。
【請求項２】
前記外表面層が、さらに、バインダ、導電性成分及び触媒を含む、請求項１に記載のバイアス帯電部材。
【請求項３】
前記導電性成分が、カーボンブラック、金属酸化物及び導電性ポリマから構成される群から選択される、請求項２に記載のバイアス帯電部材。
【請求項４】
触媒が、脂肪族カルボン酸及び芳香族カルボン酸及び芳香族スルホン酸から構成される群から選択される酸である、請求項２に記載のバイアス帯電部材。
【請求項５】
前記バインダが、Ｎ−アルコキシアルキル化ポリアミドを含む、請求項２に記載のバイアス帯電部材。
【請求項６】
前記セラミック微小球が、アルカリアルミノシリケート及びソーダ石灰ホウケイ酸塩から構成される群から選択される材料を含む、請求項１に記載のバイアス帯電部材。
【請求項７】
前記導電性成分が、前記外表面層の全固形分の重量に基づいて約０．１から約６０重量パーセント含む、請求項６に記載のバイアス帯電部材。
【請求項８】
バイアス帯電部材の製造方法において、
分散体を得るために、ポリアミド樹脂、セラミック微小球、酸触媒及びカーボンブラックを混合することと、
バイアス帯電ロール基板上に前記分散体をコーティングすることと、
外層を形成するように前記コーティングを加熱することとを備える、製造方法。
【請求項９】
バイアス帯電部材において、
ａ）導電性コアと、
ｂ）前記導電性コア上に配置された基材と、
ｃ）バインダ、セラミック微小球、酸触媒及びカーボンブラックを含む前記基材上に配置された外表面層とを備える、バイアス帯電部材。
【請求項１０】
前記基材が、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、ブチルゴム、ポリウレタン、シリコンゴム、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、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド共重合ゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴム、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）及び天然ゴムから構成される群から選択される、請求項９に記載のバイアス帯電部材。
【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、帯電部材又はバイアス帯電部材の使用による像保持部材の帯電を必要とする。それらの周囲とは電位が異なる静電潜像は、静電的に帯電された像保持部材上に形成される。静電潜像は、トナーを含む現像剤によって現像され、最終的に記録材に転写される。
【０００３】
帯電部材は、像保持部材を静電的に帯電する機能を有する装置であり、接触帯電方式を使用することができ、帯電部材は、像保持部材の帯電を行うように像保持部材と直接接触される。
【０００４】
帯電部材は、像保持部材の表面と直接接触して像保持部材の表面の移動と同期して回転するように形成され、それによって像保持部材に帯電を与える帯電ロールなどの帯電部材を備えている。帯電ロールは、例えば、基材と、基材の周囲表面及び最外層の周囲に形成された弾性導電層とから構成されている。
【０００５】
典型的には、帯電ロールの外層に多孔質ポリイミドフィラーが使用されてきた。しかしながら、多孔質ポリアミドフィラーを使用する欠点がある。これらの問題は、有機溶媒における膨潤及びポリイミドの低融点（約１７０−１８０℃）を含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ロバストな形態制御を提供し、有機溶媒中で膨潤せず、１８０℃を超える融点を有するバイアス帯電ローラの外層にフィラーを有することが望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によれば、導電性コアと、導電性コア上に配置された外表面層とを含むバイアス帯電部材が提供される。外表面層は、外層の約５から約４０重量パーセントの量で存在する１ミクロンから４０ミクロンの平均サイズを有するセラミック微小球を含む。
【０００８】
他の実施形態によれば、分散体を得るために、ポリアミド樹脂、セラミック微小球、酸触媒及びカーボンブラックを混合することを含むバイアス帯電部材の製造方法が提供される。分散体は、バイアス帯電ロール基材にコーティングされる。コーティングは、外層を形成するために加熱される。
【０００９】
他の実施形態によれば、導電性コアと、導電性コア上に配置された基材と、基材上に配置された外表面層とを含むバイアス帯電部材が提供される。外表面層は、バインダ、セラミック微小球、酸触媒及びカーボンブラックを含む。
【００１０】
本願明細書に組み込まれて本願明細書の一部を構成する添付図面は、本教示のいくつかの実施形態を例示し、詳細な説明とともに、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、導電性コアと、その上に設けられた外表面層とを有する例示的なバイアス帯電ロール（ＢＣＲ）を例証している。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図のいくつかの詳細は、単純化されており、厳密な構造的精度、詳細及び尺度を維持するよりもむしろ実施形態の理解を容易とするように描かれていることに留意すべきである。
【００１３】
本教示の実施形態に対して添付図面に図示されている例がここで詳細に参照される。可能な限り、同じ参照符号は、同じ又は同様の部分を指すように図面全体を通して使用される。
【００１４】
以下の説明において、その一部を形成し、本教示を実施することができる例示の特定の実施形態によって示される添付図面が参照される。これらの実施形態は、当業者が本教示を実施するのを可能とするために十分に詳細に記載されており、他の実施形態が利用されてもよく、変更が本教示の範囲から逸脱することなく行うことができることが理解されるべきである。したがって、以下の詳細な説明は単なる例示である。
【００１５】
１つ以上の実施に関する例示、代替及び／又は変更は、添付された特許請求の範囲の精神及び範囲から逸脱することなく図示された例を行うことができる。さらに、特定の特徴は、いくつかの実装のうちのいずれかのみに関して開示されることができるが、そのような特徴は、任意の所定の又は特定の機能について望ましく且つ有利であり得るように、他の実装の１つ以上の他の特徴と組み合わせることができる。さらにまた、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有する（ｗｉｔｈ）」又はそれらの変異形が詳細な説明及び特許請求の範囲のいずれかにおいて使用される程度に、そのような用語は、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と同様にして包括的であることが意図される。用語「のうちの少なくとも１つ（ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ  ｏｆ）」は、列挙された項目のうちの１つ以上が選択可能であることを意味するために使用される。
【００１６】
実施形態の広い範囲を記載する数値範囲及びパラメータは近似値であるにもかかわらず、特定の例に記載される数値は、可能な限り正確に報告される。しかしながら、任意の数値は、本質的に、各試験測定において見出される標準偏差から必然的に生じる特定の誤差を含む。さらに、本願明細書に開示される全ての範囲は、それに包含される任意の及び全ての部分的範囲を包含すると理解されるべきである。例えば、「１０未満」の範囲は、ゼロの最小値と１０の最大値との間の（を含む）任意の及び全ての部分的範囲、すなわち、例えば１から５などのゼロ以上の最小値及び１０以下の最大値を有する任意の及び全ての部分的範囲を含むことができる。特定の場合において、パラメータについて記載されたような数値は、負値をとることができる。この場合、「１０未満」と記載された範囲の例値は、例えば、−１、−２、−３、−１０、−２０、−３０などの負値をとることができる。
【００１７】
図１を参照すると、感光体３として実装される像担持体に接触して保持されるバイアス帯電ロール（ＢＣＲ）２を有する実施形態が示されている。しかしながら、本願明細書における実施形態は、誘電体受容部又は帯電されるべき他の適切な部材を帯電するために使用することができる。感光体３は、ドラム、ベルト、フィルム、ドレルト（ベルトとドラムとの間のクロス）又は他の公知の感光体とすることができる。ＢＣＲ２が回転しているとき、感光体３を帯電させるために直流電圧と任意の交流電流が電源９からＢＣＲ２の導電性コア４に対して印加される。図１に示されるように、導電性コア４は、基材５によって囲まれる。１つの層として示されているが、基材５を除去するか又は複数層の基材５を有することが可能である。これらの層は、基層、中間層又は基板層と称される。ＢＣＲ２の基材５は、以下に記載される適切なフィラーの導電性ドーパントを有する任意の弾性材料とすることができる。部分的導電性保護オーバーコートは、外表面層７を形成するようにＢＣＲ２の基材５上に設けられている。基板層、中間層及び外層にはフィラーが存在してもよく又はしなくてもよい。
【００１８】
導電性コア４は、帯電ロールの電極及び支持部材として機能し、アルミニウムの金属又は合金、銅合金、ステンレス鋼、クロム又はニッケルメッキによって被覆された鉄、導電性樹脂などの導電性材料から構成されている。導電性コアの径は、例えば、約１ｍｍから約２０ｃｍ又は約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、エピクロルヒドリンゴム、ブチルゴム、ポリウレタン、シリコンゴム、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、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド共重合ゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴム、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合ゴム（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）、天然ゴム及びそれらの混合物とすることができる。これらのうち、ポリウレタン、シリコンゴム、ＥＰＤＭ、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド共重合ゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴム、ＮＢＲ及びそれらの混合物が好ましくは使用される。
【００２０】
導電剤、電子導電剤又はイオン導電剤が基材に使用されてもよい。電子導電剤の例は、ケッチェンブラック及びアセチレンブラックなどのカーボンブラック；熱分解カーボン、グラファイト；アルミニウム、銅、ニッケル及びステンレス鋼などの様々な種類の導電性金属又は金属合金；酸化錫、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及び酸化錫−酸化インジウム固溶体などの様々な種類の導電性金属酸化物；導電性プロセスによって処理された表面を有する絶縁材料などの微粉末を含む。さらにまた、イオン導電剤の例は、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などの過塩素酸塩又は塩素酸塩；リチウム及びマグネシウムなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属の過塩素酸塩又は塩素酸塩などを含む。これらの導電剤は、単独で又はそれらの２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００２１】
さらにまた、基材への添加量は、特に限定されるものではない。例えば、添加されるべき導電剤の量は、１００重量部のゴム材料に対して約１から約３０重量部又は約５から約２５重量部である。添加されるべきイオン導電剤の量は、１００重量部のゴム材料に対して約０．１から約５．０重量部又は約０．５から約３．０重量部の範囲内である。基材の層厚は、約１ｍｍから約２０ｃｍ又は約５ｍｍから約３ｃｍである。
【００２２】
外層又は保護オーバーコート層７は、ポリマ中に分散されたセラミック微小球を含む。セラミックは、アルカリアルミノシリケート及びソーダ石灰ホウケイ酸塩などの材料である。セラミック微小球は、外層の総重量に基づいて５重量パーセントから約４０重量パーセントで外層に存在している。外層の厚さは、約０．１μｍから約５００μｍ又は約１μｍから約５０μｍである。外層は、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂、ブチラール樹脂、スチレン共重合体及びオレフィン共重合体などの任意の適切なバインダ材料又は樹脂を含むことができる。実施形態において、弾性体は、天然ゴム、合成ゴム及び熱可塑性エラストマを含む表面層バインダのために使用することができる。
【００２３】
実施形態において、外層７のポリマ樹脂は、ポリアミド樹脂である。ポリアミド樹脂の割合は、好ましくは、約５０重量パーセントから約９９重量パーセントであるか、又は、実施形態においては、約６０重量パーセントから９９重量パーセント又は約６５重量パーセントから９５重量パーセントである。
【００２４】
溶剤可溶性ポリアミド樹脂、特にメタノール又はエタノールなどのアルコールにおいて可溶なポリアミド樹脂は、ディップコートなどの塗布成膜法によってバイアス帯電ローラの外層の容易な形成を可能とするのに適している。
【００２５】
溶剤可溶性ポリアミド樹脂は、ナイロン６、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン６，６及びナイロン６，１０などのナイロンホモポリマ、及び、それぞれが上記記載されたナイロンのうちの少なくとも２つから構成されるナイロンコポリマを含むナイロンのアルコキシアルキル化によって生成されるＮ−アルコキシアルキル化ナイロンなどのアルコール可溶性ポリアミド樹脂を含む。
【００２６】
アルコール可溶性ポリアミド樹脂、Ｎ−アルコキシメチル化ナイロン、特にＮ−メトキシメチル化ナイロンが、帯電能力の長期保持の卓越性の高いレベルを達成する観点から他より好ましい。
【００２７】
具体的には、ナイロン６は、以下のスキームによってメトキシメチル化される。
【００２８】
【化１】
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【００２９】
商業的なＮ−メトキシメチル化ナイロン６の例は、ＦＩＮＥ  ＲＥＳＩＮ（登録商標）ＦＲ１０１（株式会社鉛市から入手される約３０％のメトキシメチル化率、約２０，０００の重量平均分子量）、ＴＯＲＥＳＩＮ（登録商標）Ｆ３０Ｋ（ナガセケムテックス株式会社から入手される約２５，０００の重量平均分子量）及びＴＯＲＥＳＩＮ（登録商標）ＥＦ３０Ｔ（ナガセケムテックス株式会社から入手される約６０，０００の重量平均分子量）を含む。
【００３０】
実施形態において、導電性成分は、カーボンブラック、金属酸化物又は導電性ポリマを含むことができる。導電性成分の例は、ケッチェンブラック及びアセチレンブラックなどのカーボンブラック；熱分解カーボン、グラファイト；アルミニウム、銅、ニッケル及びステンレス鋼などの様々な種類の導電性金属又は金属合金；酸化錫、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及び酸化錫−酸化インジウム固溶体などの様々な種類の導電性金属酸化物；導電性プロセスによって処理された表面を有する絶縁材料などの微粉末を含む。さらにまた、導電性ポリマの例は、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレンなどを含む。これらの導電剤は、単独で又はそれらの２種以上を組み合わせて使用することができる。外表面における導電性成分の量は、外表面層における全固形分の重量に基づいて０．１から約６０重量パーセントである。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は、全てキャボット社から入手されるＭＯＮＡＲＣＨ（登録商標）１０００、ＥＭＰＥＲＯＲ（登録商標）Ｅ１２００、１６００を含む。
【００３１】
実施形態において、セラミック微小球は、１ミクロンから５０ミクロン、又は、実施形態においては、１ミクロンから３０ミクロン若しくは２ミクロンから１５ミクロンの平均サイズ又は径を有する。セラミック微小球は、アルカリアルミノシリケート又はソーダ石灰ホウケイ酸塩などの材料からなる。
【００３２】
米国特許第８，０９０，２９８号明細書に開示されるポリアミドフィラーと比較して、アルカリアルミノシリケートのセラミック微小球は、表１にまとめられる以下の利点を有する。
【００３３】
【表１】
2017058667.tif 000003
【００３４】
３Ｍ（商標）Ｗ−２１０及び３Ｍ（商標）Ｗ−４１０は、３Ｍ社から入手可能なセラミック微小球であり、ＯＲＧＡＳＯＬ（登録商標）は、アルケマ社から入手可能な多孔質ポリアミドフィラーである。
【００３５】
外層に適した酸触媒の例は、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、乳酸及びクエン酸などの脂肪族カルボン酸；安息香酸、フタル酸、テレフタル酸及びトリメリット酸などの芳香族カルボン酸；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）及びフェノールスルホン酸などの脂肪族及び芳香族スルホン酸；及びリン酸を含む。
【００３６】
外表面層７のバルク及び表面導電率は、ＢＣＲ２の電気消耗を防止するために、ＢＣＲ２のものよりも高いが、ごく僅かに多い導電性であるべきである。約１×１０２Ω／□から約１×１０１２Ω／□、約１×１０４Ω／□から約１×１０８Ω／□、又は、約１×１０５Ω／□から約１×１０７Ω／□の表面抵抗率を有する表面層７が適切であることが見出された。
【００３７】
最外層の表面粗さ（Ｒｚ）は、約１ミクロンから約２０ミクロンの範囲内、又は、実施形態においては、約４ミクロンから約１８ミクロンの範囲内若しくは約３ミクロンから約１５ミクロンの範囲内である。１ミクロンから２０ミクロンの範囲に最外層の表面粗さＲｚを制御することにより、帯電部材の耐久性が向上し、帯電能力の優れた長期保持が達成される。
【００３８】
外層は、ポリアミド樹脂及びセラミック微小球を含むアルコール系分散体から弾性導電層上にコーティングされ、熱的に（約１００℃から１８０℃）硬化させる。セラミック微小球は、低減したＢＣＲの汚染のためにオーバーコートの表面形態を変更するように組み込まれる。
【００３９】
ポリアミド樹脂の分散体は、導電性材料を有する溶剤中でポリアミド樹脂をボールミル粉砕することによって調製される。触媒は、硬化温度を低下させるために分散体に添加されるが任意である。セラミック微小球は、外側表面粗さを制御するために添加される。そして、ＢＣＲ２上に分散体がコーティングされる。コーティングは、約１０から約１２０分間又は約２５から６５分間、約２５から約２００℃又は約１００から約１８０℃の温度で硬化される。典型的なコーティング技術は、ディップコーティング、ロールコーティング、スプレーコーティング、ロータリーアトマイザ、リングコーティング、ダイカスト、フローコーティングなどを含む。
【００４０】
実験的に、セラミック微小球がバイアス帯電ローラの外層における多孔質ポリアミドフィラーと比較された。
【００４１】
実験的に、ポリマーベース溶液を得るために撹拌によってＦＩＮＥ  ＲＥＳＩＮ（登録商標）ＦＲ１０１（株式会社鉛市製のＮ−メトキシメチル化ナイロン６樹脂）及びメタノール／１−ブタノール／水＝７５／２０／５（約１０重量パーセントの固体）において１００／３の重量比を有するｐ−トルエンスルホン酸を混合することによって外層分散体が調製された。
【００４２】
ポリアミドフィラーを使用した外層分散体（比較例）は、ポリマーベース溶液に２０重量パーセントのカーボンブラック（キャボット社から入手可能なＭＯＮＡＲＣＨ（登録商標）１０００）及びＯＲＧＡＳＯＬ（登録商標）２００１ＵＤＮＡＴ１（アルケマ社製のポリアミド粒子）を添加することによって調製された。セラミック微小球を使用した外層分散体は、ポリマーベース溶液に２５重量パーセントのカーボンブラック（キャボット社から入手可能なＭＯＮＡＲＣＨ（登録商標）１０００）及び３０重量パーセントのアルカリアルミノシリケート微小球（３Ｍ社から入手可能な３Ｍ（商標）Ｗ−２１０）を添加することによって調製された。双方の分散体は、ペイントシェーカーを使用して２０時間、２ｍｍのステンレス鋼ショットを有するボールミルにおいて混合された。
【００４３】
双方の分散体は、最終的な外層コーティング分散体を得るために、ペイントフィルタを介して濾過された。比較例は、メタノール／１−ブタノール／水＝７５／２０／５において６５．４／１３．１／１９．６／１．９の重量比で、ポリアミド樹脂／カーボンブラック／ポリアミドフィラー／ｐ−トルエンスルホン酸触媒を含んでいた。セラミック微小球を含む実施例は、メタノール／１−ブタノール／水＝７５／２０／５において６３．３／１５．８／１９．０／１．９の重量比で、ポリアミド樹脂／カーボンブラック／セラミック微小球／ｐ−トルエンスルホン酸触媒を含んでいた。双方の分散体は、約１５重量パーセントの固形分であった。
【００４４】
各分散体は、Ｔｓｕｋｉａｇｅコータを使用してバイアス帯電ローラ上にコーティングされた。各コーティングされた分散体は、１０−ミクロン厚さの外層を得るために３０分間１６０℃で硬化された。ＢＣＲ外層は、表２に示されるように、表面抵抗率及び表面粗さＲｚを含む物理的特性について試験された。表面形態は、粗さの均一性と最外層における任意の亀裂とを識別するために光学顕微鏡を使用して監視された。
【００４５】
【表２】
2017058667.tif 000004
【００４６】
アルカリアルミノシリケートのセラミック微小球を含むＢＣＲ最外層は、表面抵抗率及び表面粗さＲｚを含む主要な物理的特性について試験され（表２）、表面形態は、粗さの均一性と最外層における任意の亀裂とを識別するために光学顕微鏡を使用して監視された。結果は、多孔質ポリアミドフィラーを含む最外層からのものと比較された。
【００４７】
セラミック微小球を含む最外層は、多孔質ポリアミドフィラーを有する対照最外層よりも亀裂が大幅に少なかった。より少ない亀裂は、より長いＢＣＲ寿命及び向上した耐汚染性をもたらす。
【図１】
2017058667.tif 000005