JP2007256335A - 導電性ロール - Google Patents

Abstract

【課題】低硬度で、良好な圧縮永久歪み特性を備え、しかも電気抵抗のばらつきが抑制され、さらには、表面粗さが小さく、良好な寸法精度を有する、優れた導電性ロールを提供する。
【解決手段】軸体１の外周に導電性弾性層２が形成された導電性ロールであって、上記導電性弾性層２が、ゴム基材と、導電剤と、無機粒子と、非導電架橋ゴム粒子とを必須成分として含有する導電性ゴム組成物を用いて形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真装置に用いられる導電性ロールに関するものである。

一般に、接触帯電方式の電子写真複写機における画像形成は、つぎのようにして行われている。すなわち、まず、感光ドラムに帯電ロールを圧接して感光ドラム表面を一様に帯電させ、その帯電された感光ドラム表面に、原稿像を光学系を介して投射し、光が投射された部分の帯電を打ち消すことにより、静電潜像を形成する。つぎに、上記静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成した後、このトナー像を複写紙に転写する。このようにして、複写画像を得ることができる。

このような画像形成には、上記帯電ロールの他、感光ドラム表面の静電潜像にトナーを付与して現像する現像ロール、上記現像ロールにトナーを供給するトナー供給ロール、トナー像を複写紙に転写する転写ロール等、各種の導電性ロール（半導電性ロールも含む）が用いられている。

これらの導電性ロールは、一般に、軸体の外周に、直接もしくは他の層を介して、目的とする電気特性を備えた導電性弾性層が形成された構成になっており、この導電性弾性層における電気抵抗が、ばらつくことなく均一かつ安定したものであり、さらには、表面粗さが小さく、優れた寸法精度を有することが重要なポイントとなる。

そこで、上記導電性弾性層における電気抵抗のばらつきを抑制するために、例えば導電性弾性層に、導電性を備えたカーボンブラックと導電性金属酸化物を添加して半導電性ロールを得ること（特許文献１参照）や、同じく導電性弾性層に、導電性有機粒子と、シリカ粒子等の絶縁性粒子を添加して半導電性ロールを得ること（特許文献２参照）が提案されている。また、上記導電性弾性層における、押出時や切削時の表面粗さを小さくするために、例えば、導電性ゴムに炭酸カルシウムを添加して導電性部材を得ること（特許文献３参照）が提案されている。
特開平９−３０２１５１号公報 特開平９−１４３３１０号公報 特開２００２−１９４２０３公報

しかしながら、上記のように、導電性弾性層に、カーボンブラック、シリカ粒子、炭酸カルシウム等の無機粒子や、導電性有機粒子を添加すると、これらの粒子は、導電性弾性層の「地」の部分となる弾性材料に比べて硬いため、導電性弾性層全体の硬度が高くなり、トナーや接触部材（規制部材）とのストレスが大きくなり、トナー融着が発生したり、感光ドラムとの均一な接触が得られず、帯電が不均一になり、画像に不具合が生じる等のトラブルが発生しやすい。また、同時に、圧縮永久歪みも悪化するため、ロール寿命が短くなるという問題もある。

そこで、導電性弾性層の硬度を低く保ち、圧縮永久歪みを悪化させることなく、電気抵抗のばらつきを抑制し、かつ表面粗さを小さくし、優れた寸法精度を発現させる技術の確立が強く望まれているが、そのような技術は今だ確立していないのが実情である。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、低硬度で、良好な圧縮永久歪み特性を備え、しかも電気抵抗のばらつきが抑制され、さらには、表面粗さが小さく、良好な寸法精度を有する、優れた導電性ロールの提供をその目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、軸体の外周に、直接もしくは他の層を介して導電性弾性層が形成された導電性ロールであって、上記導電性弾性層が、下記の（Ａ）〜（Ｄ）を必須成分とする導電性組成物を用いて形成されている導電性ロールを第１の要旨とする。
（Ａ）ゴム基材。
（Ｂ）導電剤。
（Ｃ）無機粒子。
（Ｄ）非導電架橋ゴム粒子。

また、本発明は、そのなかでも、特に、上記（Ｂ）成分である導電剤として、イオン導電剤が用いられている導電性ロールを第２の要旨とし、上記（Ｄ）成分である非導電架橋ゴム粒子の平均１次粒径が５μｍ以下である導電性ロールを第３の要旨とする。

すなわち、本発明者らは、前記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、導電性弾性層形成用材料として、ゴム基材（Ａ成分）と導電剤（Ｂ成分）を主成分とする導電性ゴム組成物に、さらに無機粒子（Ｃ成分）と非導電架橋ゴム粒子（Ｄ成分）を配合したものを用いると、上記非導電架橋ゴム粒子が、導電性弾性層の「地」の部分となる、導電剤を含む弾性材料よりも低硬度、低圧縮永久歪みであるため、電気抵抗ばらつき抑制効果や表面粗さ低下効果に優れた無機粒子を多く配合しても、全体として、低硬度で、低圧縮永久歪みの導電性ロールが得られることができることを見いだし、本発明に到達した。

なお、本発明において、「非導電架橋ゴム粒子」とは、体積抵抗率が１×１０³ Ω・ｃｍより大きい架橋ゴム粒子を示す趣旨である。

本発明の導電性ロールは、上記のように、特殊な組成の導電性ゴム組成物を用いて導電性弾性層が形成されているため、電気抵抗ばらつきの抑制や表面粗さ低下のために無機粒子が含有されているにもかかわらず、全体として、低硬度で、圧縮永久歪みが低くなっている。したがって、本発明の導電性ロールによれば、トナーや接触部材とのストレスが抑制され、また、感光ドラムとの接触が均一となり、画像に不具合を生じる等のトラブルが生じない。そして、ロール寿命が長く、長期にわたって良好に使用することができる。

なお、本発明の導電性ロールのなかでも、特に、（Ｂ）成分である導電剤としてイオン導電剤を用いたものは、導電性無機粒子（電子導電剤）の添加量を皆無にすることができるため、より一層、低硬度および低圧縮永久歪みのものとなり、好適である。

また、本発明の導電性ロールのなかでも、特に、（Ｄ）成分である非導電架橋ゴム粒子の平均粒径が５μｍ以下のものは、導電性弾性層内で、上記非導電架橋ゴム粒子がより密に分散されるため、より一層、低硬度および低圧縮永久歪みのものとなり、好適である。

つぎに、本発明の実施の形態について説明する。ただし、本発明は、この実施の形態に限られるものではない。

本発明の導電性ロールは、例えば、図１に示すように、軸体１の外周面に沿って導電性弾性層２が形成され、さらに上記導電性弾性層２の外周面に、樹脂塗膜からなる保護層３が形成された構成になっている。

上記帯電ロールの軸体１としては、特に限定されるものではなく、中実体であっても、中空円筒体であってもよい。そして、その形成材料についても、特に限定されず、例えば、アルミニウム、ステンレス等の金属材料等があげられる。なお、必要に応じ、軸体１の表面に接着剤、プライマー等を塗布してもよい。また、接着剤、プライマー等には、必要に応じて導電化を行ってもよい。

そして、上記軸体１の外周面に形成される導電性弾性層２の形成材料としては、ゴム基材（Ａ成分）と、導電剤（Ｂ成分）と、無機粒子（Ｃ成分）と、非導電架橋ゴム粒子（Ｄ成分）とを必須成分として含有する導電性ゴム組成物が用いられる。

上記ゴム基材（Ａ成分）としては、特に限定されるものではなく、例えば、ポリウレタン系エラストマー、エピクロルヒドリンホモポリマー，エピクロルヒドリン−エチレンオキシド共重合体，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体等のヒドリンゴム（ＥＣＯ等）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリノルボルネンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、シリコーンゴム、アクリル酸変性ゴム等があげられ、単独で用いても、二種以上を併用してもよい。

また、上記導電剤（Ｂ成分）としては、電子導電剤とイオン導電剤の２種類があり、上記電子導電剤としては、アセチレンブラック，特殊導電性ブラック（ケッチェンブラック），導電性ファーネスブラック（超導電性のもの、特殊導電性のものを含む）等の導電性カーボンブラック、グラファイト、チタン酸カリウム，酸化鉄，ｃ−ＴｉＯ₂ ，ｃ−ＺｎＯ，ｃ−ＳｎＯ₂ 等の導電性金属酸化物、ニッケル，銅等の金属粉末等があげられる。上記イオン導電剤としては、四級アンモニウム塩、ホウ酸塩、過塩素酸リチウム、過塩素酸カリウム等の構造電荷特異性陰イオン、界面活性剤等のイオン導電剤があげられる。これらの導電剤は、単独で用いても二種以上を併用してもよい。

これらの導電剤のなかでも、特に、イオン導電剤のみを用いることが、導電性弾性層２を、より低硬度化、低圧縮永久歪み化する上で、好適である。

そして、上記導電剤の配合割合は、目的とする導電性ロールの用途に応じて適宜に設定されるが、通常、電子導電剤を単独で用いる場合は、電子導電剤を、前記ゴム基材１００重量部（以下「部」と略す）に対し、５〜５０部配合することが好適であり、より好ましくは１５〜４０部である。また、イオン導電剤を単独で用いる場合は、前記ゴム基材１００部に対し、イオン導電剤を０．１〜１０部配合することが好適であり、より好ましくは０．５〜４部である。

本発明に用いられる無機粒子（Ｃ成分）としては、炭酸カルシウム、シリカ、タルク、クレー、導電性カーボンブラック以外のカーボンブラック、ＴｉＯ₂ ，ＺｎＯ，ＳｎＯ₂ 等の、導電性金属酸化物以外の金属酸化物、軽石粉、雲母粉、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸マグネシウム等があげられる。これらの無機粒子も、単独で用いても二種以上を併用してもよい。

そして、上記無機粒子の平均粒径は、特に限定するものではないが、他の材料との混合容易性、均一分散性の点から、その平均１次粒径（１次粒子の平均粒径）が０．００５〜５μｍのものを用いることが好適である。また、上記無機粒子の配合割合は、前記ゴム基材１００部に対し、１０〜１５０部、なかでも２０〜１４０部に設定することが、電気抵抗ばらつき抑制効果や表面粗さ低下効果の上で好適である。すなわち、１０部未満では、電気抵抗ばらつき抑制効果や表面粗さ低下効果が不充分になるおそれがあり、逆に、１５０部を超えると、得られる導電性ロールの硬度が高くなるおそれがあるからである。

本発明に用いられる非導電架橋ゴム粒子（Ｄ成分）としては、加硫（架橋）されたゴムからなる粒子であって非導電性のものがあげられる。上記ゴムとしては、特に限定するものではなく、前記ゴム基材に用いられるものと同様、適宜のものを用いることができる。なかでも、シリコーンゴム、ＮＢＲ、カルボキシ変性ＮＢＲ等を用いることが好適である。なお、これらの非導電架橋ゴム粒子も、単独で用いても二種以上を併用してもよい。

このような非導電架橋ゴム粒子は、通常、塊状もしくはシート状に成形され架橋されたゴム材を、冷凍粉砕法や研削粉砕法等を用いて粉砕する方法、ゴム粒子組成物を含有するエマルジョンを熱気流中にスプレードライしてゴム粒子を架橋する方法、ゴム基材中に分散させたゴム粒子組成物を動的架橋する方法等により得ることができる。また、目的に沿う材質および粒径の市販品を用いるようにしても差し支えない。

上記非導電架橋ゴム粒子の平均粒径は、特に限定するものではないが、他の材料との混合容易性、均一分散性の点から、小さいほど好適であり、特に、その平均１次粒径が５μｍ以下のものを用いると、得られる導電性弾性層２の硬度および圧縮永久歪みがより小さくなり、好適である。また、上記非導電架橋ゴム粒子の配合割合は、前記ゴム基材１００部に対し、５〜８０部、なかでも１０〜５０部に設定することが、導電性ロールの低硬度化と低圧縮永久歪み化の上で好適である。すなわち、５部未満では、これらの効果が不充分になるおそれがあり、逆に、８０部を超えると、導電性弾性層２の表面に非導電無機粒子が露出し、表面の電気抵抗均一性が損なわれるおそれがあるからである。

なお、本発明に用いられる導電性ゴム組成物には、上記必須成分（Ａ）〜（Ｄ）以外に、必要に応じて、発泡剤、架橋剤、架橋促進剤、加工助剤、着色剤、可塑剤、オイル等を、適宜添加することができる。

一方、上記導電性弾性層２の外周面に形成される保護層３の形成材料としては、特に限定されるものではなく、アミド系樹脂、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、オレフィン系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリルフッ素系樹脂、シリコーン変性アクリル系樹脂、フッ素化オレフィン系樹脂等、従来から導電性ロールの最外層（保護層）として用いられているものであれば、どのような種類であっても差し支えない。そして、これらは単独で用いても二種以上を併用してもよい。また、導電性付与のため、カーボンブラック、金属酸化物、四級アンモニウム塩、ホウ酸塩、過塩素酸リチウム等の導電剤が、上記材料中に適宜添加される。さらに、必要に応じて、充填剤、安定剤、粗面形成用粒子、紫外線吸収剤、帯電防止剤、補強剤、滑剤、離型剤、染料、顔料、難燃剤、オイル等を適宜に配合することができる。

なお、上記保護層３の形成材料は、有機溶剤に溶解もしくは分散され、コーティング液として調製されるようになっている。上記有機溶剤としては、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、メタノール、トルエン、イソプロピルアルコール、メチルセロソルブ、ジメチルホルムアミド等があげられる。これらは単独であるいは二種以上併せて用いられる。

本発明の導電性ロールは、これらの材料を用いて、例えば、つぎのようにして作製することができる。

まず、芯金となる軸体１を用意し、その外周面に接着剤を塗布し、導電性弾性層２形成用の金型内に装着する。そして、ニーダー等の混練機で混練した、導電性弾性層２形成用の導電性ゴム組成物を、金型内に注型した後、金型を閉じて加熱処理（１３０〜２００℃×２０〜９０分）して架橋硬化させる。そして、硬化した成形品を上記金型から脱型することにより、軸体１の外周面に導電性弾性層２が形成されたロールを取り出す。

つぎに、上記導電性弾性層２の外周面に、保護層３形成用のコーティング液を塗工する。塗工方法は、特に制限するものではなく、ディッピング法、スプレー法、ロールコート法等の従来の方法が適用できる。そして、塗工後、乾燥して加熱処理（加硫処理、１００〜２００℃×２０〜９０分）を行うことにより、保護層３を形成する。このようにして、図１に示すような、二層構造の導電性ロールを作製することができる。

なお、上記導電性弾性層２および保護層３の厚みは、特に限定されないが、通常、導電性弾性層２の厚みは、０．５〜５ｍｍ程度に設定され、上記保護層３の厚みは、１〜５０μｍ程度に設定される。

このようにして得られる導電性ロールは、無機粒子（Ｃ成分）と非導電架橋ゴム粒子（Ｄ成分）とが含有された特殊な組成の導電性ゴム組成物を用いて導電性弾性層２が形成されているため、電気抵抗ばらつきを抑制し、表面粗さを小さくするために無機粒子が含有されているにもかかわらず、全体として、低硬度で、圧縮永久歪みが低くなっている。したがって、上記導電性ロールによれば、トナーや接触部材とのストレスが抑制され、画像に不具合を生じる等のトラブルが生じない。また、ロール寿命が長く、長期にわたって良好に使用することができる。

なお、上記の例では、導電性弾性層２を金型成形によって、軸体１の外周に一体的に形成したが、金型を用いず、押出成形によって、軸体１の外周面に導電性弾性層２を一体的に成形するようにしても差し支えない。

また、本発明の導電性ロールは、図１に示すような二層構造に限るものではなく、例えば、軸体１と導電性弾性層２の間に軟化剤移行防止層を設けたり、導電性弾性層２と保護層３の間に抵抗調整層を設けたりして、適宜の多層構造にすることができる。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

〔導電性弾性層形成用の導電性組成物の調製〕
下記の表１、表２に示す導電性弾性層形成材料を下記の割合で準備した。そして、これらのうち、ゴム基材、ステアリン酸、無機粒子、非導電架橋ゴム粒子もしくは導電ゴム粒子を、バンバリーミキサーで５分間混合した後、硫黄、モルフォリンジスルフィド、テトラメチルチウラムジスルフィドを、２本ロールで混練して、導電性弾性層形成用の導電性ゴム組成物ａ〜ｊを調製した。

ただし、上記表１、表２において、＊１〜＊１１を付した各材料の詳細はつぎのとおりである。

＊１：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三元共重合体 商品名 Ｈｙｄｒｉｎ Ｔ３１０６（日本ゼオン社製）
＊２：下記の化学式（１）で示される四級アンモニウム塩

＊３：導電性カーボンブラック
商品名 ケッチェンブラックＥＣ３００Ｊ（ケッチェンブラックインターナショナ ル社製）
＊４：商品名 シルバーＷ（白石工業社製）
＊５：商品名 アエロジル２００（日本アエロジル社製）
＊６：カーボンブラック
商品名 サーマックスＮ９９０（キャンカーブ社製）
＊７：非導電架橋シリコーンゴム粒子、平均１次粒径：５μｍ、体積抵抗率：３×１０¹³ Ω・ｃｍ
商品名 ＫＭＰ５９７（信越化学工業社製）
＊８：非導電架橋ＮＢＲ粒子、平均１次粒径：０．１μｍ、体積抵抗率：３×１０¹¹Ω・ ｃｍ
商品名 Ｎａｒｐｏｗ ＶＰ−４０２（中国石化社製）
＊９：非導電架橋カルボキシル変性ＮＢＲ粒子、平均１次粒径：０．１μｍ、体積抵抗率 ：７×１０¹¹Ω・ｃｍ
商品名 Ｎａｒｐｏｗ ＶＰ−５０２（中国石化社製）
＊１０：非導電架橋シリコーンゴム粒子、平均１次粒径：０．２μｍ、体積抵抗率：１× １０¹³Ω・ｃｍ
商品名 Ｎａｒｐｏｗ ＶＰ−６０１Ａ（中国石化社製）
＊１１：特許第３５９３４０２号の実施例で用いられている導電架橋ゴム粒子（ａ）に準 じたもの。平均１次粒径０．２μｍ、体積抵抗率：１×１０³ Ω・ｃｍ以下。
その製法は下記のとおりである。

シリコーンゴム（ＴＳＥ３４５２ＨＣＲ、ＧＥ東芝シリコーン社製）１００部に対し、ジクミルパーオキシド１．５部を添加し、２本ロールで混練した後、１６０℃で２０分間加硫し、ついで２００℃で４時間加硫して、１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×２ｍｍのゴムシート（体積抵抗率３×１０² 〜６×１０² Ω・ｃｍ）を得た。そして、このゴムシートを、液体窒素を用いて冷却粉砕後分級して、粒径２５〜１００μｍ（平均粒径７５μｍ）の導電ゴム粒子を得た。

〔実施例１〜８、比較例１、２〕
（１）サンプルの作製
そして、この導電性ゴム組成物ａ〜ｊを用い、１６０℃×３０分のプレス加硫により、所定形状のサンプル（実施例１〜８、比較例１、２にかかるサンプル）を成形した。

そして、上記サンプルを用い、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠して、その硬度を測定し、ＪＩＳ Ｋ６２６２に準拠して、その圧縮永久歪みを測定した。これらの結果を、後記の表３、表４に併せて示す。

（２）帯電ロールの作製
直径６ｍｍの芯金を用意し、その外周面に接着剤を塗布した後、この表面に、押出成形機を用いて上記導電性ゴム組成物ａ〜ｊを押出成形し、１６０℃×３０分の条件で加熱架橋を行い、芯金の外周面に導電性弾性層（厚み３ｍｍ）が形成されてなるロールを作製した。また、フッ素変性アクリレート樹脂（大日本インキ社製、ディフェンサＴＲ２３０Ｋ）５０部と、フッ素化オレフィン系樹脂（アトフィナジャパン社製、カイナーＳＬ）５０部と、導電性酸化チタン（石原テクノ社製、タイベークＥＴ−３００Ｗ）１００部とを、ＭＥＫ２００部に溶解し、これをサンドミルを用いて分散調製することにより、保護層形成用のコーティング液を準備した。そして、上記ロールの導電性弾性層の外周面に、上記保護層形成用のコーティング液を、ディッピング法により塗布し、乾燥後、１５０℃×６０分の条件で加熱を行い、保護層（厚み６μｍ）を形成することにより、帯電ロール（実施例１〜８、比較例１、２にかかる帯電ロール）を得た。

このようにして得られた各帯電ロールについて、下記の各項目について評価を行い、その結果を後記の表３、表４に併せて示した。

〔押出成形肌〕
上記帯電ロールの作製過程で、芯金に導電性弾性層が形成されてなるロールの表面粗さを、ＪＩＳ Ｂ０６０１（１９９４）に準拠して測定し、下記の評価基準にしたがって評価した。
◎：Ｒｚが５μｍ未満
○：Ｒｚが５μｍ以上１０μｍ未満
△：Ｒｚが１０μｍ以上１５μｍ未満
×：Ｒｚが１５μｍ以上

〔画出し評価〕
上記帯電ロールを、市販のレーザープリンター（日本ヒューレットパッカード社製、レーザージェット４２４０）に組み込み、１５℃×１０％ＲＨ環境下において画出しを行い、画質の評価を行った。評価は目視により行い、画像むらやすじ、斑点等の画像不具合が何ら認められないものを○、上記画像不具合が認められたものを×とした。

〔セット評価〕
上記帯電ロールを感光ドラムに圧接し、４０℃×９５％ＲＨ環境下において１週間放置した。そして、この帯電ロールを、市販のレーザープリンター（日本ヒューレットパッカード社製、レーザージェット４２４０）に組み込み、１５℃×１０％ＲＨ環境下において画出しを行い、画質の評価を行った。評価は目視により行い、画像むらやすじ、斑点等の画像不具合が何ら認められないものを○、上記画像不具合が認められたものを×とした。

上記の結果から、本発明の実施例品は、低硬度、低圧縮永久歪みを備えており、画像評価が高いことがわかる。一方、比較例品は、ともに硬度、圧縮永久歪みが高く、画像評価が悪いことがわかる。

本発明の導電性ロールの一実施例を示す断面図である。

符号の説明

１ 軸体
２ 導電性弾性層

Claims (3)

1. 軸体の外周に、直接もしくは他の層を介して導電性弾性層が形成された導電性ロールであって、上記導電性弾性層が、下記の（Ａ）〜（Ｄ）を必須成分とする導電性組成物を用いて形成されていることを特徴とする導電性ロール。
   （Ａ）ゴム基材。
   （Ｂ）導電剤。
   （Ｃ）無機粒子。
   （Ｄ）非導電架橋ゴム粒子。
2. 上記（Ｂ）成分である導電剤として、イオン導電剤が用いられている請求項１記載の導電性ロール。
3. 上記（Ｄ）成分である非導電架橋ゴム粒子の平均１次粒径が５μｍ以下である請求項１または２記載の導電性ロール。

Images