JP2006207807A

JP2006207807A - 導電性ロール及びその検査方法

Info

Publication number: JP2006207807A
Application number: JP2005367177A
Authority: JP
Inventors: Shin Iwamura; 慎岩村; Naoki Hirakawa; 直樹平川; Masashi Yamazaki; 正志山▲崎▼; Hitoshi Shirasaka; 仁白坂
Original assignee: Hokushin Industries Corp; Hokushin Industry Co Ltd
Current assignee: Hokushin Industries Corp; Hokushin Industry Co Ltd
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2005-12-20
Publication date: 2006-08-10
Also published as: US20060142131A1; US7744515B2

Abstract

【課題】画像形成を安定して行うことができ、白抜け等の問題が生じ難い導電性ロール及びその検査方法を提供する。
【解決手段】芯金の外周にカーボン微粉末により導電性が付与された導電性ゴムからなる少なくとも一層のゴム弾性層を有する導電性ロールにおいて、周波数１Ｈｚの交流電圧０．２Ｖを印加した際のインピーダンスＺ（Ω）及び位相差θから算出される抵抗成分Ｚｒ（Ω）と容量性リアクタンス成分Ｚｃ（Ω）の関係が、下記式を満足することを特徴とする。
【数１】

【選択図】なし

Description

本発明は、電子写真式複写機及びプリンタなどの画像形成装置に用いられる導電性ロール及びその検査方法に関し、特に現像ロール及びその検査に好適なものに関する。

画像形成装置に用いられる現像ロールとしては、ポリウレタン素材に過塩素酸リチウム等のイオン導電剤を添加したものが用いられている。

このようなイオン導電剤を添加した現像ロールは、環境変動による電気抵抗値の変動が大きいという欠点を有している。すなわち、低温低湿環境下では抵抗値が上昇してトナー帯電量が不足し、一方、高温高湿条件下では抵抗値が低下してトナーのカブリが見られ、何れも画像の不具合の原因となる。

一方、カーボンブラックにより導電性を付与した現像ロールも検討されているが、この場合、環境依存性は比較的小さいが、印加電圧の大小により電気抵抗値が大きく変化するという問題があった。また、電気抵抗値にバラツキが生じ、所定の電気抵抗値に設定できないという問題があった。

そこで、カーボンブラックにより導電性を付与した現像ロールにおいて、電気抵抗値のバラツキを抑えて所定の電気抵抗値を得ることができ、安定して使用できる現像ロールを先に提案した（特許文献１参照）。

しかしながら、電気抵抗値のバラツキのみでは実際に画像評価した際の特性が判断できないことがわかった。すなわち、電気抵抗値のバラツキが同等であっても、画像評価した際に差が生じることがあった。

特開２００３−２０２７５０号公報（特許請求の範囲等）

本発明は、上述した事情に鑑み、画像形成を安定して行うことができ、白抜け等の問題が生じ難い導電性ロール及びその検査方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決する本発明の第１の態様は、芯金の外周にカーボン微粉末により導電性が付与された導電性ゴムからなる少なくとも一層のゴム弾性層を有する導電性ロールにおいて、周波数１Ｈｚの交流電圧０．２Ｖを印加した際のインピーダンスＺ（Ω）及び位相差θから算出される抵抗成分Ｚｒ（Ω）と容量性リアクタンス成分Ｚｃ（Ω）の関係が、下記式（１）を満足することを特徴とする導電性ロールにある。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、Ｌ／Ｌ環境（１０℃、３０％ＲＨ）、Ｎ／Ｎ環境（２５℃、５０％ＲＨ）、及びＨ／Ｈ環境（３５℃、８５％ＲＨ）の各環境で測定した周波数１Ｈｚの交流電圧０．２Ｖを印加した際のインピーダンスＺ（Ω）及び位相差θから算出される抵抗成分Ｚｒ（Ω）と容量性リアクタンス成分Ｚｃ（Ω）の関係が上記式（１）を満足することを特徴とする導電性ロールにある。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記ゴム弾性層が導電性を有したポリウレタンゴムからなり、前記ポリウレタンがエーテル系ポリウレタンであることを特徴とする導電性ロールにある。

本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記ゴム弾性層の表面にはイソシアネートを含む表面処理液により表面処理された表面処理層が設けられており、当該表面処理層を除去したゴム弾性層に周波数１Ｈｚの交流電圧０．２Ｖを印加した際のインピーダンスＺ（Ω）及び位相差θから算出される抵抗成分Ｚｒ（Ω）と容量性リアクタンス成分Ｚｃ（Ω）の関係が下記式（２）を満足することを特徴とする導電性ロールにある。

本発明の第５の態様は、第４の態様において、前記表面処理層を設けたゴム弾性層に周波数１Ｈｚの交流電圧０．２Ｖを印加した際のインピーダンスＺ（Ω）及び位相差θから算出される抵抗成分Ｚｒ（Ω）と容量性リアクタンス成分Ｚｃ（Ω）の関係が上記式（２）を満足することを特徴とする導電性ロールにある。

本発明の第６の態様は、第４又は５の態様において、前記表面処理液が、さらにカーボンブラックと、アクリルフッ素系ポリマー及びアクリルシリコーン系ポリマーから選択される少なくとも１種のポリマーとの少なくとも一方を含有したものであることを特徴とする導電性ロールにある。

本発明の第７の態様は、芯金の外周にカーボン微粉末により導電性が付与された導電性ゴムからなる少なくとも一層のゴム弾性層を有する導電性ロールの検査方法において、周波数１Ｈｚの交流電圧０．２Ｖを印加した際のインピーダンスＺ（Ω）及び位相差θから算出される抵抗成分Ｚｒ（Ω）と容量性リアクタンス成分Ｚｃ（Ω）の関係が、下記式（１）を満足するか否かを検査することを特徴とする導電性ロールの検査方法にある。

本発明の第８の態様は、第７の態様において、Ｌ／Ｌ環境（１０℃、３０％ＲＨ）、Ｎ／Ｎ環境（２５℃、５０％ＲＨ）、及びＨ／Ｈ環境（３５℃、８５％ＲＨ）の各環境で測定した周波数１Ｈｚの交流電圧０．２Ｖを印加した際のインピーダンスＺ（Ω）及び位相差θから算出される抵抗成分Ｚｒ（Ω）と容量性リアクタンス成分Ｚｃ（Ω）の関係が上記式（１）を満足するか否かを検査することを特徴とする導電性ロールの検査方法にある。

本発明の第９の態様は、第７又は８の態様において、前記ゴム弾性層が導電性を有したエーテル系ポリウレタンからなるポリウレタンゴムからなり且つ当該ゴム弾性層の表面にはイソシアネートを含む表面処理液により表面処理された表面処理層が設けられており、当該表面処理層を除去したゴム弾性層に周波数１Ｈｚの交流電圧０．２Ｖを印加した際のインピーダンスＺ（Ω）及び位相差θから算出される抵抗成分Ｚｒ（Ω）と容量性リアクタンス成分Ｚｃ（Ω）の関係が上記式を満足するか否かを検査することを特徴とする導電性ロールの検査方法にある。

本発明の第１０の態様は、第９の態様において、前記表面処理層を設けたゴム弾性層に周波数１Ｈｚの交流電圧０．２Ｖを印加した際のインピーダンスＺ（Ω）及び位相差θから算出される抵抗成分Ｚｒ（Ω）と容量性リアクタンス成分Ｚｃ（Ω）の関係が上記式（２）を満足するか否かを検査することを特徴とする導電性ロールの検査方法にある。

本発明の第１１の態様は、第９又は１０の態様において、前記表面処理液が、さらにカーボンブラックと、アクリルフッ素系ポリマー及びアクリルシリコーン系ポリマーから選択される少なくとも１種のポリマーとの少なくとも一方を含有したものであることを特徴とする導電性ロールの検査方法にある。

以上説明したように、本発明によると、周波数１Ｈｚの交流電圧０．２Ｖを印加した際のインピーダンスＺ（Ω）及び位相差θから算出される抵抗成分Ｚｒ（Ω）と容量性リアクタンス成分Ｚｃ（Ω）の関係が所定の範囲にある導電性ロールが提供でき、例えば、現像ロールとして用いた際の特性が非常に安定しており、環境依存性も小さいという効果を奏する。

本発明は、カーボン微粉末により導電性を付与したゴム弾性層を有する導電性ロールにおいて、カーボン微粉末の分散状態が良好なほど画像特性などの特性が良好であるという前提に基づき、分散状態の真の優劣は従来のように電気抵抗値では判断できないが、インピーダンスにより判断することができるという知見に基づいて完成されたものである。

すなわち、本発明者らは、カーボン微粉末の分散状態を詳細に観察すると、分散状態が多少悪いものに関してはカーボン微粉末が局部的な凝集を起こした結果生じるカーボンの抜けたゴム領域が観察でき、このカーボンの抜けたゴム領域の有無は、電気抵抗値には影響を殆ど与えないが、インピーダンス及び位相差θの抵抗成分と容量性リアクタンス成分との関係に変化が生じることを知見し、本発明を完成させた。

本発明の導電性ロールは、周波数１Ｈｚの交流電圧０．２Ｖを印加した際のインピーダンスＺ（Ω）及び位相差θから算出される抵抗成分Ｚｒ（Ω）と容量性リアクタンス成分Ｚｃ（Ω）の関係がＺｒ／Ｚｃ≧５、好ましくは、Ｚｒ／Ｚｃ≧１０の関係を満たす導電性ゴム弾性層を有するものであり、このような導電性ゴム弾性層を有すれば、１層構造でも２層構造でもよい。また、表面に、汚染防止やリーク防止などの目的で保護層や高抵抗層を有するものであっても、その下のゴム弾性層が上述した条件を満足するものであれば、本発明の範囲となる。なお、詳細は後述するが、ゴム弾性層がポリウレタンからなり、当該ゴム弾性層の表面にイソシアネートを含む表面処理液により表面処理された表面処理層が設けられている場合には、当該表面処理層を除去したゴム弾性層が上述した条件を満足するのは勿論であるが、表面処理層を設けたゴム弾性層自体も、周波数１Ｈｚの交流電圧０．２Ｖを印加した際のインピーダンスＺ（Ω）及び位相差θから算出される抵抗成分Ｚｒ（Ω）と容量性リアクタンス成分Ｚｃ（Ω）の関係がＺｒ／Ｚｃ≧５となるのが好ましい。

なお、例えば、成形途中で分散していたカーボンが再凝集した場合は好ましい状態ではないが、この状態ではＺｒ／Ｚｃが非常に大きくなる傾向になる。この結果を考慮すると、表面処理層を設ける前、又は表面処理層を設けた後当該表面処理層を除去したゴム弾性層において、２５≧Ｚｒ／Ｚｃの条件を満足するのが好ましいことがわかった。すなわち、表面処理層を設ける前において２５≧Ｚｒ／Ｚｃの条件を満足しないが、表面処理層を設けた後に２５≧Ｚｒ／Ｚｃの条件を満足するものは、カーボンが再凝集した可能性があり、好ましくないことがわかった。勿論、表面処理層を設ける前及び設けた後において、２５≧Ｚｒ／Ｚｃの条件を満足できないものも好ましくないことはいうまでもない。

ここで、カーボン微粒子による導電性ロールのゴム弾性層の断面写真を図１に示す。（ａ）は分散状態が良好の場合で、（ｂ）は分散状態が良好でない場合であり、（ｂ）の黒く見えるところはカーボン微粒子が抜けたゴム領域である。このようなゴム弾性層の等価回路は、導電パスを形成しているカーボンストラクチャーによる抵抗成分と、成形時の熱や分散不良などで凝集し、導電パスを形成していないカーボンストラクチャーによる容量性リアクタンス成分との並列回路で表すことが出来るが、分散状態が悪化し、カーボンの抜けたゴム領域が大きくなると、導電パスを形成しているカーボンストラクチャーが少なく、逆に、導電パスを形成していないカーボンストラクチャーが多くなるために、抵抗成分が低下し、かつ容量性リアクタンス成分Ｚｃが上昇し、Ｚｒ／Ｚｃ≧５の関係が保持できなくなると考えられる。

このような本発明の導電性ロールを製造するにはカーボン微粒子の分散性をできるだけ向上させるようにすればよく、その製造方法は特に限定されないが、以下の製造方法を採用すると、分散性が良好で上述した関係を満足したインピーダンスを有するゴム弾性層を製造することができ易い。勿論、この方法によっても多少のバラツキがあるので、確実に上述した関係を満足するものが得られるとは限らない。

このような観点から本発明の検査方法は、完成された。すなわち、本発明の検査方法は、導電性ロールの検査方法において、周波数１Ｈｚの交流電圧０．２Ｖを印加した際のインピーダンスＺ（Ω）及び位相差θから算出される抵抗成分Ｚｒ（Ω）と容量性リアクタンス成分Ｚｃ（Ω）の関係が、下記式（１）を満足するか否かを検査するものである。また、特に、表面処理層を設ける前のゴム弾性層、又は表面処理層を設けた後に除去したゴム弾性層については、周波数１Ｈｚの交流電圧０．２Ｖを印加した際のインピーダンスＺ（Ω）及び位相差θから算出される抵抗成分Ｚｒ（Ω）と容量性リアクタンス成分Ｚｃ（Ω）の関係が下記式（２）を満足するか否かを検査するものである。
これにより、例えば、画像特性を検査することなく、カーボン微粒子の分散性の優劣を判断することができ、最終的な製品不良を大幅に低減することができるという効果を奏する。

カーボン微粒子を比較的良好に分散させるための好適な製造方法は、カーボン微粉末を熱硬化性エラストマーに分散してなる導電性弾性層を芯金上に成形する導電性ロールの製造方法において、前記導電性弾性層を成形する成形金型の成形面に、この成形金型と比較して熱伝導率が１桁以上低い低熱伝導性チューブを介在させる、好ましくは、成形金型のかわりに低熱伝導性チューブを成形部材として、電熱炉などの中で加熱して前記導電性弾性層を成形することを特徴とするものである。ここで、低熱伝導性チューブが樹脂製チューブであるのが好ましく、低熱伝導性チューブの厚さが０．０５〜１．００ｍｍであることが好ましく、さらに、低熱伝導性チューブの熱伝導率が０．１Ｗ／ｍ・Ｋ〜５Ｗ／ｍ・Ｋであるのが好ましい。

しかしながら、本発明の導電性ロールの製造方法はこれに限定されるものではなく、通常の金型による加熱による成形でも、カーボン微粒子の分散性が確保できればよく、例えば、金型温度を細かく制御して反応を行うこともでき、また、急激な熱勾配で表面近傍においてカーボン凝集した導電性ロールの導電性弾性層表面を、カーボン微粒子の分散性がよい部位が表面に現れるまで、深く削り込んでもよい。

一方、本発明の検査方法は、何れの製造方法による導電性ロールにも適用でき、カーボン微粒子の分散性にバラツキが生じ易い製造方法による導電性ロールに用いた場合に不良率を大幅に低減できるものである。

本発明の導電性ロールにおいて、カーボン微粒子とは、導電性カーボンブラックを主体とする少なくとも一種のカーボンブラックなどであり、勿論、複数種のカーボンブラックを混合して用いてもよく、この場合には、導電性カーボンブラックを主体とするのが一般的である。

なお、カーボンブラックの添加量は、狙いの電気抵抗値によって異なるが、例えば、エーテル系ポリウレタンに添加する場合には、エーテル系ポリオール１００重量部に対して８重量部以下とするのが好ましい。これより多く添加すると、成形が困難になるからである。

一方、本発明のゴム弾性体を構成するゴム材料は、使用用途に応じて選定すればよく、特に限定されるものではないが、現像ロールの場合には感光体汚染やゴム特性を考慮してポリウレタン、特に、エーテル系ポリウレタンとするのがよい。また、ポリウレタンとした場合には、後述するようなイソシアネートを含有する表面処理液による表面処理層を設けることができるという利点がある。

本発明の導電性ロールは、保護層や高抵抗層として樹脂製のチューブなどを被せた構成としてもよいが、ゴム弾性層表面にイソシアネートを含む表面処理液により表面処理された表面処理層を設けてもよい。このように形成された表面処理層は被覆チューブを被せた場合と比較して電気抵抗値を大きく変化させることなく、且つ非汚染性を付与する点でも優れているからである。すなわち、このような表面処理層を設けると、表面処理層が形成された表層領域のカーボンブラックのストラクチャーが表面から内方に亘って徐々に切断されて電気抵抗値が徐々に小さくなるように傾斜した傾斜抵抗層が形成されており、カーボンブラックの添加量と傾斜抵抗層とを適宜設定することにより、所望の電気抵抗値を得ることができるという利点がある。

また、本発明の導電性ロールは、カーボン微粉末により導電性を付与し、イオン導電剤を含んでいないのが好ましい。電気抵抗値の環境依存性が極めて小さくなるからである。なお、導電性ロールの電気抵抗値は印加電圧に依存して変化するが、５Ｖ、５０Ｖ及び１００Ｖをそれぞれ印加した際の電気抵抗値Ｒｖ_５、Ｒｖ_５０及びＲｖ_１００が５×１０^５〜５×１０^８Ωの範囲にあるのが好ましい。

本発明のゴム弾性体の基材として好適なエーテル系ポリウレタンは、エーテル系ポリオールを主体とするポリオールとポリイソシアネートとを反応することにより得られる、いわゆる注型タイプのポリウレタンである。これは永久圧縮ひずみを小さくするためである。なお、エーテル系ポリウレタンでもミラブルタイプとすると圧縮永久ひずみを十分に小さくすることができない。一方、エステル系ポリウレタンを用いた場合には、加水分解特性が悪く、長期に亘って安定して使用できない。

本発明の導電性ロールのゴム弾性層の圧縮永久ひずみ（ＪＩＳＫ６２６２）は、３％以下となるようにするのが好ましい。これより大きくなると、帯電量にバラツキが生じてしまうからである。

ポリエーテルジオールと反応させるジイソシアネートとしては、例えば、２，４−トルエ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）、パラフェニレンジイソシアネート（ＰＰＤＩ）、１，５−ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、３，３−ジメチルジフェニル−４，４′−ジイソシアネート（ＴＯＤＩ）、及びこれらのイソシアネートを両末端に有するプレポリマー等の変性体や多量体などを挙げることができる。

一方、弾性体の表層部分は、上述したようにイソシアネート化合物を含浸させて硬化させたイソシアネート処理により表面処理されている必要がある。ここで、使用する表面処理液は、イソシアネート化合物を有機溶剤に溶解させたもの、さらには、これにカーボンブラックを添加したものを用いることができる。また、イソシアネート化合物を有機溶剤に溶解させたものに、アクリルフッ素系ポリマー及びアクリルシリコーン系ポリマーから選択される少なくとも１種のポリマーを添加したもの、さらには、上述したポリマーと導電性付与剤とを添加したものを用いることもできる。

ここで、イソシアネート化合物としては、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）、パラフェニレンジイソシアネート（ＰＰＤＩ）、１，５−ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）及び３，３−ジメチルジフェニル−４，４′−ジイソシアネート（ＴＯＤＩ）および前記記載の多量体および変性体などを挙げることができる。

なお、本発明の導電性ロールは、特に現像ロールとして好適であるが、現像ロールとして安定して使用するためには、円周方向に亘って測った表面粗さＲｚが、８μｍ以下であるのが好ましい。

以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

（実施例１）
〈ロールの製法〉ポリエーテル系ポリオールであるＧＰ−３０００（三洋化成社製）１００重量部に、トーカブラック＃５５００（東海カーボン社製）を５重量部添加し、粒度が１０μｍ以下となる程度まで分散させ、６０℃に温調し、Ａ液を得た。一方、プレポリマーアジプレンＬ１００（ユニロイヤル社製）２５重量部に、コロネートＣ−ＨＸ（日本ポリウレタン社製）１１重量部を添加・混合し、６０℃に温調してＢ液を得た。このＡ液とＢ液とを混合し、あらかじめシャフト（φ：８ｍｍ、ｌ：２７０ｍｍ）が中央に配置されるようポリプロピレン製樹脂キャップでシャフト両端部を固定したポリプロピレン製押出しチューブ（外径２４ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ）に注入し、１１０℃に保持されたオーブンで１２０分間加熱し、両端部を除くシャフト表面に導電性ポリウレタン層が形成されたロールを得た。カーボンブラックの濃度は３．５ｗｔ％である。

この導電性ロールの表面を１．５ｍｍ研磨し、外径を２０ｍｍに調整したものを実施例１の導電性ロールとした。

（実施例２）
ポリプロピレン製押出しチューブの厚さを０．２ｍｍとした以外は、実施例１と同様に製造して実施例２の導電性ロールとした。

（実施例３）
加熱温度を１３０℃とした以外は、実施例１と同様に製造して実施例３の導電性ロールとした。

（実施例４）
加熱温度を１３０℃とした以外は、実施例２と同様に製造して実施例４の導電性ロールとした。

（実施例５）
実施例１の導電性ロールを、酢酸エチル１００重量部、アセチレンブラック（電気化学社製）３重量部、及びアクリルフッ素ポリマー（ノバフッソ；大日本色材製）２重量部をボールミルで３時間分散混合した後、イソシアネート化合物（ＭＤＩ）２０重量部を添加・混合し、溶解させた表面処理液を用いて表面処理を行い、表面処理層を形成した。すなわち、表面処理液を２３℃に保ったままゴムロールを1０秒浸漬し、その後、１２０℃に保持されたオーブンで１時間加熱することにより表面処理層を形成したものを実施例５の導電性ロールとした。

（実施例６）
実施例２の導電性ロールの表面を、実施例５と同様に処理して実施例６の導電性ロールとした。

（実施例７）
実施例３の導電性ロールの表面を、実施例５と同様に処理して実施例７の導電性ロールとした。

（実施例８）
実施例４の導電性ロールの表面を、実施例５と同様に処理して実施例８の導電性ロールとした。

（比較例１）
離型層としてシリコーン系離型剤を塗布すると共に１１０℃に予熱された鉄製パイプ金型に注型した以外は、実施例１と同様に製造し、表層を約１．５ｍｍの厚さで研磨加工し、外径を２０ｍｍに調整したものを比較例１の導電性ロールとした。

（比較例２）
鉄製パイプ金型の内壁面に密着するようにポリプロピレン製押出しチューブ（外径２３ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ）を挿入した以外は、比較例１と同様に製造して、比較例２の導電性ロールとした。

（比較例３）
加熱温度を１３０℃とした以外は、比較例１と同様に製造して比較例３の導電性ロールとした。

（比較例４）
比較例１の導電性ロールの表面を、実施例５と同様に処理して比較例４の導電性ロールとした。

（比較例５）
比較例２の導電性ロールの表面を、実施例５と同様に処理して比較例５の導電性ロールとした。

（比較例６）
比較例３の導電性ロールの表面を、実施例５と同様に処理して比較例６の導電性ロールとした。

（比較例７）
導電剤として過塩素酸リチウムを０．１重量部加えた以外は、比較例１と同様に製造すると共に、実施例５と同様に処理して比較例７の導電性ロールとした。

（試験例１）＜インピーダンス測定＞
実施例及び比較例（比較例７を除く）の各導電性ロールのインピーダンス特性をインピーダンスアナライザー（ＢＨＡ社製；インピーダンスアナライザーＩＭ６ｅ）を用いて測定した。測定は、Ｎ／Ｎ環境（２５℃、５０％ＲＨ）下、ロールの両端に５００ｇの荷重を付加した状態で、印加電圧を０．２Ｖとして測定し、交流周波数１ＨｚにおけるインピーダンスＺ（Ω）及び位相差θから抵抗成分Ｚｒ（Ω）と容量性リアクタンス成分Ｚｃ（Ω）の比率であるＺｒ／Ｚｃを求めた。

実施例１〜４及び比較例１〜３の結果を表１、表面処理層を形成した実施例５〜８及び比較例４〜６の結果を表２に示す。また、実施例１及び比較例１、２、実施例５及び比較例４、５の周波数特性を図２〜図７に示す。

（試験例２）＜画像評価＞
実施例５〜８及び比較例４〜７の現像ロールを市販のプリンタに実装し、Ｌ／Ｌ環境（１０℃、３０％ＲＨ）、Ｎ／Ｎ環境（２５℃、５０％ＲＨ）、及びＨ／Ｈ環境（３５℃、８５％ＲＨ）のそれぞれで画像評価を行った。この結果を表２に併せて示す。

（試験例３）＜ロール断面の顕微鏡観察＞
実施例及び比較例の現像ロールの断面をレーザー顕微鏡（ＫＥＹＥＮＣＥ社製；ＶＫ−９５００）で観察し、カーボンの分散具合を評価した。この結果を表２に併せて示す。また、実施例５及び比較例４、５の顕微鏡写真を図８〜図１０に示す。

（試験例４）＜再研磨品のインピーダンス測定＞
実施例５〜８及び比較例４〜６の現像ロールの表面を０．５ｍｍ再研磨して、表面処理層を取り除き、試験例１と同様にインピーダンスを測定し、Ｚｒ／Ｚｃを求めた。その結果を表３に示す。また、実施例５及び比較例４、５の周波数特性を図１１〜図１３に示す。

（試験例５）
電気抵抗値のばらつきについて評価を行った。すなわち、図１４に示すように、導電性ロールのゴム弾性層１２の表面に電極の幅を２ｍｍとしたステンレス電極５１を密着し、芯金１１との間のロールを回転させながらその位置における抵抗値を測定した。これを長手方向の６箇所で測定し、平均値の最大値Ｒ_ｍａｘ及び最小値Ｒ_ｍｉｎを求めた。この結果を表４に示す。

（実施例９）
カーボン微粉末として、トーカブラック＃５５００（東海カーボン社製）４重量部及びＶＵＬＣＵＮＸＣ（キャボット社製）３重量部を用い、粒度が２０μｍ以下となる程度まで分散させた以外は、実施例１と同様に製造して実施例９の導電性ロールとした。

（実施例１０）
ポリプロピレン製押出チューブの代わりに、シリコーン系離型剤が塗布され且つ９０℃に予熱された鉄製パイプ金型を用いて注型した以外は、実施例９と同様に製造して実施例１０の導電性ロールとした。

（実施例１１）
実施例９の導電性ロールの表面を、実施例５と同様に処理して実施例１１の導電性ロールとした。

（実施例１２）
実施例１０の導電性ロールの表面を、実施例５と同様に処理して実施例１２の導電性ロールとした。

（比較例８）
カーボン微粉末に対して、分散剤であるＢＹＫ−９０７６（ビックケミー・ジャパン社製）を３０重量％添加し、粒度が１０μｍ以下となるまで分散させた以外は、実施例９と同様に製造して比較例８の導電性ロールとした。

（比較例９）
加熱温度を９０℃とした以外は、実施例９と同様に製造して比較例９の導電性ロールとした。

（比較例１０）
比較例８の導電性ロールの表面を、実施例５と同様に処理して比較例１０の導電性ロールとした。

（比較例１１）
比較例９の導電性ロールの表面を、実施例５と同様に処理して比較例１１の導電性ロールとした。

（試験例６）＜インピーダンス測定＞
実施例９〜１２及び比較例８〜１１の各導電性ロールのインピーダンス特性をインピーダンスアナライザー（ＢＨＡ社製；インピーダンスアナライザーＩＭ６ｅ）を用いて測定した。測定は、Ｎ／Ｎ環境（２５℃、５０％ＲＨ）下、ロールの両端に５００ｇの荷重を付加した状態で、印加電圧を０．２Ｖとして測定し、交流周波数１ＨｚにおけるインピーダンスＺ（Ω）及び位相差θから抵抗成分Ｚｒ（Ω）と容量性リアクタンス成分Ｚｃ（Ω）の比率であるＺｒ／Ｚｃを求めた。

実施例９〜１０及び比較例８〜９の結果を表５、表面処理層を形成した実施例１１〜１２及び比較例１０〜１１の結果を表６に示す。また、実施例１１及び１２、比較例１０、１１の周波数特性を図１５〜図１８に示す。

（試験例７）＜画像評価＞
実施例１１〜１２、及び比較例１０〜１１の現像ロールを市販のプリンタに実装し、Ｌ／Ｌ環境（１０℃、３０％ＲＨ）、Ｎ／Ｎ環境（２５℃、５０％ＲＨ）、及びＨ／Ｈ環境（３５℃、８５％ＲＨ）のそれぞれで画像評価を行った。この結果を表６に併せて示す。

（試験例８）＜ロール断面の顕微鏡観察＞
実施例１１〜１２、及び比較例１０〜１１の現像ロールの断面をマイクロスコープ（ＫＥＹＥＮＣＥ社製；ＶＨＸ−１００）で観察し、カーボンの分散具合を評価した。この結果を表６に併せて示す。また、実施例１１〜１２、及び比較例１０〜１１の顕微鏡写真を図１９〜図２２に示す。

（試験例９）＜再研磨品のインピーダンス測定＞
実施例１１〜１２及び比較例１０〜１１の現像ロールの表面を０．５ｍｍ再研磨して、表面処理層を取り除き、試験例６と同様にインピーダンスを測定し、Ｚｒ／Ｚｃを求めた。その結果を表７に示す。また、実施例１１〜１２及び比較例１０〜１１の周波数特性を図２３〜図２６に示す。

（試験例１０）
電気抵抗値のばらつきについて評価を行った。すなわち、図１４に示すように、導電性ロールのゴム弾性層１２の表面に電極の幅を２ｍｍとしたステンレス電極５１を密着し、芯金１１との間のロールを回転させながらその位置における抵抗値を測定した。これを長手方向の６箇所で測定し、平均値の最大値Ｒ_ｍａｘ及び最小値Ｒ_ｍｉｎを求めた。この結果を表８に示す。

（試験結果）
以上の試験結果より、以下のことがわかった。

試験例１の結果より、カーボン微粉末の分散性が良好になりやすい製造方法により製造した実施例１〜４の導電性ロールはインピーダンスＺ（Ω）及び位相差θから求めた抵抗成分Ｚｒ（Ω）と容量性リアクタンス成分Ｚｃ（Ω）との比率であるＺｒ／Ｚｃが５以上となり、一方、カーボン微粉末の分散性があまりよくない製造方法による比較例１〜４の導電性ロールではＺｒ／Ｚｃが５より小さくなることがわかった。

また、試験例２〜４の結果より、実施例１〜４の導電性ロールを表面処理した実施例５〜８の導電性ロールでも、Ｚｒ／Ｚｃが５以上となったが、比較例１〜３の導電性ロールを表面処理した比較例４〜６の導電性ロールでは、Ｚｒ／Ｚｃが５より小さかった。

また、画像評価の結果、Ｚｒ／Ｚｃが５より大きい実施例５〜８の導電性ロールを用いた場合、各環境においても画像が良好であり、顕微鏡写真によるカーボン分散性についても良好であることが確認された。一方、Ｚｒ／Ｚｃが５より小さい比較例４〜６の導電性ロールでは、画像評価が良好ではなく、また、カーボン分散にムラがあることがわかった。なお、イオン導電剤を添加した比較例７の導電性ロールは、画像評価の点で問題があることがわかった。

さらに、表面処理した実施例５〜８の導電性ロールについて測定したＺｒ／Ｚｃについては、研磨処理して表面処理層を除去した後も、５より大きいことが確認された。

また、実施例１〜８及び比較例１〜６の導電性ロールについて測定した電気抵抗値のばらつきは、カーボン分散性の優劣に関係なく発生することが確認された。これにより、カーボン分散性が良好で画像特性の優れた導電性ロールは、電気抵抗値のバラツキでは十分に判断できないが、Ｚｒ／Ｚｃでは確実に評価することができることが確認された。

一方、実施例９は、カーボンの量を増やし、かつ粒度２０μｍ以下として実施例１〜４より分散性を落として成形したが、カーボン粉末の分散性が良好になりやすい製造方法により製造したので、Ｚｒ／Ｚｃは５以上を示し、実施例１〜４よりも、抵抗成分が大きくなるのか、１０以上を示していた。

実施例１０は、カーボン粉末の分散性がよくない製造方法により製造したが、成形温度を９０℃と下げたので、金型表面近傍におけるカーボンの凝集が抑えられたのか、Ｚｒ／Ｚｃは５以上を示した。

逆に、分散剤を用いて、よりカーボンを分散させた比較例８は、分散性こそ非常に良好であるが、カーボンストラクチャーによる導電パスを十分に形成できていないのか、Ｚｒ／Ｚｃは５よりも小さかった。また、比較例９は、成形温度を９０℃に下げ、カーボン粉末の分散性が良好になりやすい製造方法により製造したが、ウレタンの硬化反応が遅すぎて、カーボンの再凝集が進んでしまったのか、Ｚｒ／Ｚｃは２５よりも大きかった。

ここで、画像評価の結果、Ｚｒ／Ｚｃが５より大きい実施例１１、１２の導電性ロールを用いた場合、各環境下においても画像は良好であり、顕微鏡写真によるカーボン分散性についても良好であることが確認された。一方、Ｚｒ／Ｚｃが５より小さい比較例１０の導電性ロールでは、顕微鏡写真によるカーボン分散性については非常に良好であるものの、画像評価においては、印字濃度にバラツキがあることがわかった。

なお、ゴム弾性層のＺｒ／Ｚｃが２５より大きい比較例１１の導電性ロールでは、各環境における画像は普通であったが、顕微鏡写真によるカーボン分散性については、カーボンの再凝集による分散ムラがあることがわかった。

さらに、表面処理した実施例１１、１２の導電性ロールについて測定したＺｒ／Ｚｃについては、研磨処理して表面処理層を除去した後も、５より大きいことが確認された。

また、実施例９〜１２及び比較例８〜１１の導電性ロールについて測定した電気抵抗値のばらつきは、カーボン分散性の優劣に関係なく発生することが確認された。これにより、カーボン分散性が良好で画像特性の優れた導電性ロールは、電気抵抗値のバラツキでは十分に判断できないが、Ｚｒ／Ｚｃでは確実に評価することができることが確認された。

カーボン分散性の状態を観察した導電性ロールの顕微鏡写真である。実施例１の周波数特性を示す図である。比較例１の周波数特性を示す図である。比較例２の周波数特性を示す図である。実施例５の周波数特性を示す図である。比較例４の周波数特性を示す図である。比較例５の周波数特性を示す図である。実施例５の導電性ロールの断面状態を示す顕微鏡写真である。比較例４の導電性ロールの断面状態を示す顕微鏡写真である。比較例５の導電性ロールの断面状態を示す顕微鏡写真である。実施例５の導電ロールの再研磨後の周波数特性を示す図である。比較例４の導電ロールの再研磨後の周波数特性を示す図である。比較例５の導電ロールの再研磨後の周波数特性を示す図である。試験例５の導電性ロールの電気抵抗値の測定の様子を示す図である。実施例１１の周波数特性を示す図である。実施例１２の周波数特性を示す図である。比較例１０の周波数特性を示す図である。比較例１１の周波数特性を示す図である。実施例１１の導電性ロールの断面状態を示す顕微鏡写真である。実施例１２の導電性ロールの断面状態を示す顕微鏡写真である。比較例１０の導電性ロールの断面状態を示す顕微鏡写真である。比較例１１の導電性ロールの断面状態を示す顕微鏡写真である。実施例１１の導電ロールの再研磨後の周波数特性を示す図である。実施例１２の導電ロールの再研磨後の周波数特性を示す図である。比較例１０の導電ロールの再研磨後の周波数特性を示す図である。比較例１１の導電ロールの再研磨後の周波数特性を示す図である。

Claims

芯金の外周にカーボン微粉末により導電性が付与された導電性ゴムからなる少なくとも一層のゴム弾性層を有する導電性ロールにおいて、周波数１Ｈｚの交流電圧０．２Ｖを印加した際のインピーダンスＺ（Ω）及び位相差θから算出される抵抗成分Ｚｒ（Ω）と容量性リアクタンス成分Ｚｃ（Ω）の関係が、下記式（１）を満足することを特徴とする導電性ロール。
請求項１において、Ｌ／Ｌ環境（１０℃、３０％ＲＨ）、Ｎ／Ｎ環境（２５℃、５０％ＲＨ）、及びＨ／Ｈ環境（３５℃、８５％ＲＨ）の各環境で測定した周波数１Ｈｚの交流電圧０．２Ｖを印加した際のインピーダンスＺ（Ω）及び位相差θから算出される抵抗成分Ｚｒ（Ω）と容量性リアクタンス成分Ｚｃ（Ω）の関係が上記式（１）を満足することを特徴とする導電性ロール。
請求項１又は２において、前記ゴム弾性層が導電性を有したポリウレタンゴムからなり、前記ポリウレタンがエーテル系ポリウレタンであることを特徴とする導電性ロール。
請求項３において、前記ゴム弾性層の表面にはイソシアネートを含む表面処理液により表面処理された表面処理層が設けられており、当該表面処理層を除去したゴム弾性層に周波数１Ｈｚの交流電圧０．２Ｖを印加した際のインピーダンスＺ（Ω）及び位相差θから算出される抵抗成分Ｚｒ（Ω）と容量性リアクタンス成分Ｚｃ（Ω）の関係が下記式（２）を満足することを特徴とする導電性ロール。
請求項４において、前記表面処理層を設けたゴム弾性層に周波数１Ｈｚの交流電圧０．２Ｖを印加した際のインピーダンスＺ（Ω）及び位相差θから算出される抵抗成分Ｚｒ（Ω）と容量性リアクタンス成分Ｚｃ（Ω）の関係が上記式（２）を満足することを特徴とする導電性ロール。
請求項４又は５において、前記表面処理液が、さらにカーボンブラックと、アクリルフッ素系ポリマー及びアクリルシリコーン系ポリマーから選択される少なくとも１種のポリマーとの少なくとも一方を含有したものであることを特徴とする導電性ロール。
芯金の外周にカーボン微粉末により導電性が付与された導電性ゴムからなる少なくとも一層のゴム弾性層を有する導電性ロールの検査方法において、周波数１Ｈｚの交流電圧０．２Ｖを印加した際のインピーダンスＺ（Ω）及び位相差θから算出される抵抗成分Ｚｒ（Ω）と容量性リアクタンス成分Ｚｃ（Ω）の関係が、下記式（１）を満足するか否かを検査することを特徴とする導電性ロールの検査方法。
請求項７において、Ｌ／Ｌ環境（１０℃、３０％ＲＨ）、Ｎ／Ｎ環境（２５℃、５０％ＲＨ）、及びＨ／Ｈ環境（３５℃、８５％ＲＨ）の各環境で測定した周波数１Ｈｚの交流電圧０．２Ｖを印加した際のインピーダンスＺ（Ω）及び位相差θから算出される抵抗成分Ｚｒ（Ω）と容量性リアクタンス成分Ｚｃ（Ω）の関係が上記式（１）を満足するか否かを検査することを特徴とする導電性ロールの検査方法。
請求項７又は８において、前記ゴム弾性層が導電性を有したエーテル系ポリウレタンからなるポリウレタンゴムからなり且つ当該ゴム弾性層の表面にはイソシアネートを含む表面処理液により表面処理された表面処理層が設けられており、当該表面処理層を除去したゴム弾性層に周波数１Ｈｚの交流電圧０．２Ｖを印加した際のインピーダンスＺ（Ω）及び位相差θから算出される抵抗成分Ｚｒ（Ω）と容量性リアクタンス成分Ｚｃ（Ω）の関係が下記式（２）を満足するか否かを検査することを特徴とする導電性ロールの検査方法。
請求項９において、前記表面処理層を設けたゴム弾性層に周波数１Ｈｚの交流電圧０．２Ｖを印加した際のインピーダンスＺ（Ω）及び位相差θから算出される抵抗成分Ｚｒ（Ω）と容量性リアクタンス成分Ｚｃ（Ω）の関係が上記式（２）を満足するか否かを検査することを特徴とする導電性ロールの検査方法。
請求項９又は１０において、前記表面処理液が、さらにカーボンブラックと、アクリルフッ素系ポリマー及びアクリルシリコーン系ポリマーから選択される少なくとも１種のポリマーとの少なくとも一方を含有したものであることを特徴とする導電性ロールの検査方法。