JP2013134262A - 導電性ロール、画像形成装置およびプロセスカートリッジ - Google Patents

導電性ロール、画像形成装置およびプロセスカートリッジ Download PDF

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Abstract

【課題】環境の変化に伴う抵抗率の変動が抑制された導電性ロールの提供。
【解決手段】導電性芯材１１の外周に、体積抵抗率が１×１０１４Ωｃｍ未満であり且つ体積抵抗率の異なる３種以上の導電性ゴムと、体積抵抗率が１×１０１４Ωｃｍ以上である絶縁性ゴムと、２種以上の導電性フィラーと、を含有する発泡弾性層１２が被覆されてなる導電性ロール。
【選択図】図１

Description

本発明は導電性ロール、画像形成装置およびプロセスカートリッジに係る。
電子写真方式の画像形成装置やインクジェット方式の画像形成装置に用いられる導電性ロールにおいては、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）、ＮＢＲ（ニトリルブタジエンゴム）、ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）、ウレタンゴム、シリコンゴム、ノーソレックスなどの一般のエラストマー（弾性体）にカーボンブラックや金属酸化物、有機及び無機の電解質などの導電性物質を分散させて導電性を付与し、空気、窒素による機械発泡や化学発泡剤によって発泡させた導電性発泡弾性体を導電性金属芯材の外周に被覆したロールを用いている。
ここで、導電性芯材の外周に半導電性を有する発泡弾性体を被覆してなる半導電性ロールにおいて、上記半導電性発泡弾性体を、ＮＢＲ（ニトリルブタジエンゴム）とＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）を混合してなる非相溶性のブレンド物に、特性の異なる２種類のカーボンブラックを分散させて構成した例が開示されている（例えば特許文献１参照）。
また、ＳＰ値が低い方のゴムＢのＳＰ値（ＢＳＰ）に対するＳＰ値が高い方のゴムＡのＳＰ値（ＡＳＰ）の比率（ＡＳＰ／ＢＳＰ）が１．１５以上で、且つ前記ゴムＡと前記ゴムＢとの重量配合比率（Ａｗ／Ｂｗ）が４から１であるゴム組成物を加硫発泡させてなる導電性発泡ゴムローラであって、芯軸に前記ゴム組成物を外装してなる芯軸入りゴム円筒体を、両端が開口している円筒金型内に該芯軸が該円筒金型の中心線上に位置するように装填して加硫発泡させた例が示されている（例えば特許文献２参照）。
また、ＳＰ値の異なる少なくとも２種のゴムと導電性充填剤とを含み、前記２種のゴムにおけるＳＰ値の比が１．１５以上であり、ＳＰ値が大きいゴムとＳＰ値が小さいゴムとを８０：２０乃至５０：５０の重量比で配合した例が示されている（例えば特許文献３参照）。
また、エチレンオキサイド／プロピレンオキサイド／アリルグリシジルエーテルの共重合比率が５０モル％以上９５モル％以下／１モル％以上４９モル％以下／１モル％以上１０モル％以下であり、数平均分子量Ｍｎが１００００以上であるエチレンオキサイド−プロピレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル三元共重合体（Ａ）と、アクリロニトリルブタジエンゴム（Ｂ）とを、（Ａ）：（Ｂ）＝７０：３０乃至５：９５の重量比で混合した導電性ポリマー１００重量部に対して、非ハロゲン系第４級アンモニウム塩を０．１重量部以上７．０重量部以下の割合で配合した例が示されている（例えば特許文献４参照）。
更に、導電性芯材の外周に導電性発泡弾性体が被覆された半導電性ロールであり、導電性発泡弾性体は、溶解度パラメータ値が異なる３種のゴムの海島構造からなり、かつ、吸油性の異なる２種類のカーボンブラックが分散され、溶解度パラメータ値が異なる３種のゴムは、ＮＢＲとＥＰＤＭとこれらのゴムの溶解度パラメータ値の中間の溶解度パラメータ値を有するゴム、例えば、ＣＲあるいはＳＢＲからなる例が示されている（例えば特許文献５参照）。
特開平０８−３３４９９５号公報 特開平１１−２０１１４０号公報 特開平０８−３０３４４９号公報 特開２００２−２１２４１３号公報 特開平１０−２５４２１５号公報
本発明の課題は、環境の変化に伴う抵抗率の変動が抑制された導電性ロールを提供することにある。
上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、
請求項１に係る発明は、
導電性芯材の外周に、体積抵抗率が１×１０１４Ωｃｍ未満であり且つ体積抵抗率の異なる３種以上の導電性ゴムと、体積抵抗率が１×１０１４Ωｃｍ以上である絶縁性ゴムと、２種以上の導電性フィラーと、を含有する発泡弾性層が被覆されてなる導電性ロールである。
請求項２に係る発明は、
前記発泡弾性層が、前記導電性ゴムとしてＮＢＲ（ニトリルブタジエンゴム），ＣＲ（クロロプレンゴム），ＥＣＯ（エピクロルヒドリンゴム），ウレタンゴム，ブタジエンゴムおよびＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）から選択される少なくとも３種を含有し、且つ前記絶縁性ゴムとしてＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）、シリコンゴム，ブチルゴムから選択される少なくとも１種を含有する請求項１に記載の導電性ロールである。
請求項３に係る発明は、
前記発泡弾性層が、前記導電性ゴムおよび絶縁性ゴムとしてＮＢＲ，ＥＣＯ，ＳＢＲおよびＥＰＤＭの４種のゴム、または、ＣＲ，ＥＣＯ，ＳＢＲおよびＥＰＤＭの４種のゴムを含有する請求項２に記載の導電性ロールである。
請求項４に係る発明は、
前記発泡弾性層において、全ゴム成分中における前記絶縁性ゴムの含有率が３０質量％以上４０質量％以下である請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の導電性ロールである。
請求項５に係る発明は、
像保持体と、
前記像保持体の表面を帯電させる帯電装置と、
前記帯電装置により帯電された前記像保持体上に静電潜像を形成する潜像形成装置と、
前記像保持体上の静電潜像をトナーにより現像しトナー像を形成する現像装置と、
前記像保持体に接触して配置され、該像保持体との間に記録媒体が挿入された際に前記トナー像を該記録媒体に転写するための転写電圧を印加する、請求項１に記載の導電性ロールを用いた転写ロールと、
を備える画像形成装置である。
請求項６に係る発明は、
像保持体、前記像保持体の表面を帯電させる帯電装置、前記帯電装置により帯電された前記像保持体上に静電潜像を形成する潜像形成装置、前記像保持体上の静電潜像をトナーにより現像しトナー像を形成する現像装置、および、前記像保持体の表面を清掃する清掃装置、から選ばれる少なくとも一種と、
前記像保持体に接触して配置され、該像保持体との間に記録媒体が挿入された際に前記トナー像を該記録媒体に転写するための転写電圧を印加する、請求項１に記載の導電性ロールを用いた転写ロールと、
を備え、画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジである。
請求項１に係る発明によれば、発泡弾性層が、体積抵抗率が１×１０１４Ωｃｍ未満であり且つ体積抵抗率の異なる３種以上の導電性ゴムと、体積抵抗率が１×１０１４Ωｃｍ以上である絶縁性ゴムと、２種以上の導電性フィラーと、を含有しない場合に比べて、環境の変化に伴う抵抗率の変動が抑制された導電性ロールが提供される。
請求項２に係る発明によれば、導電性ゴムとしてＮＢＲ，ＣＲ，ＥＣＯ，ウレタンゴム，ブタジエンゴムおよびＳＢＲから選択される少なくとも３種を含有し、且つ絶縁性ゴムとしてＥＰＤＭ、シリコンゴム，ブチルゴムから選択される少なくとも１種を含有するとの要件を満たさない場合に比べて、環境の変化に伴う抵抗率の変動が抑制された導電性ロールが提供される。
請求項３に係る発明によれば、導電性ゴムおよび絶縁性ゴムとしてＮＢＲ，ＥＣＯ，ＳＢＲおよびＥＰＤＭの４種のゴム、または、ＣＲ，ＥＣＯ，ＳＢＲおよびＥＰＤＭの４種のゴムを含有するとの要件を満たさない場合に比べて、環境の変化に伴う抵抗率の変動が抑制された導電性ロールが提供される。
請求項４に係る発明によれば、発泡弾性層において、全ゴム成分中における絶縁性ゴムの含有率が３０質量％以上４０質量％以下との要件を満たさない場合に比べて、通電時の経時による抵抗悪化が抑制され且つ発泡弾性層における高抵抗化が抑制された導電性ロールが提供される。
請求項５に係る発明によれば、発泡弾性層が、体積抵抗率が１×１０１４Ωｃｍ未満であり且つ体積抵抗率の異なる３種以上の導電性ゴムと、体積抵抗率が１×１０１４Ωｃｍ以上である絶縁性ゴムと、２種以上の導電性フィラーと、を含有する導電性ロールを転写ロールとして適用しない場合に比べて、環境の変化に伴う濃度ムラの発生が抑制された画像形成装置が提供される。
請求項６に係る発明によれば、発泡弾性層が、体積抵抗率が１×１０１４Ωｃｍ未満であり且つ体積抵抗率の異なる３種以上の導電性ゴムと、体積抵抗率が１×１０１４Ωｃｍ以上である絶縁性ゴムと、２種以上の導電性フィラーと、を含有する導電性ロールを転写ロールとして適用しない場合に比べて、環境の変化に伴う濃度ムラの発生が抑制されたプロセスカートリッジが提供される。
本実施形態に係る導電性ロールの一実施の形態を示す断面図である。 本実施形態に係る導電性ロールを転写ロールに適用した画像形成装置の一実施の形態を示す概略的構成図である。
＜導電性ロール＞
以下、本発明に係る導電性ロールの実施形態について詳述する。
本実施形態に係る導電性ロールは、導電性芯材の外周に、体積抵抗率が１×１０１４Ωｃｍ未満であり且つ体積抵抗率の異なる３種以上の導電性ゴムと、体積抵抗率が１×１０１４Ωｃｍ以上である絶縁性ゴムと、２種以上の導電性フィラーと、を含有する発泡弾性層が被覆されてなる。
従来、電子写真方式の画像形成装置における転写ロールや、中間体転写ベルトや用紙搬送吸着ベルトでの転写ロール、インクジェット方式の画像形成装置における給電ロール等に用いられる導電性ロールにおいては、その電気特性、転写電界が安定せず、特に温度や湿度等の環境の変化に伴う抵抗率の変動が問題となっていた。
これに対し、本実施形態に係る導電性ロールは、発泡弾性層において体積抵抗率が異なる３種以上の導電性ゴムと１種以上の絶縁性ゴム、即ち少なくとも４種のゴム材料を含有してなり、且つ２種以上の導電性フィラーを含有する。絶縁性ゴム材料と導電性ゴム材料とを混合する場合、その混合ゴムは導電性ゴムの海と絶縁性ゴムの島とを含む海島構造が形成されるが、４種以上のゴム材料の配合と２種以上の導電性フィラーの配合により微細な島を用し、ゴム界面の相溶性がより進んだ構造を有する海島構造が形成される。また２種以上の導電性フィラーは、海島構造の界面に分布し、導電性フィラーの集中的な偏在が緩和されて分散性が向上する。微細な構造の海と島の界面に導電性フィラーが偏在することで導電経路はより多く形成され電気特性が安定化するものと推察される。また、２種以上の導電性フィラーの配合により、抵抗のバラツキの少ない導電性が得られるものと推察される。その結果、温度や湿度等の環境の変化が発生しても抵抗率の変動が抑制されるものと考えられる。
また、用紙抵抗およびその転写電界の変化に伴う安定した画像転写、用紙搬送吸着、１次転写画像の形成が行えるものと推察される。更に、広い抵抗設計制御範囲が各々の画像形成速度または記録媒体の抵抗、環境に応じた転写電界形成に安定した導電性ロールが提供されるものと推察される。
また、導電性フィラーを配合させることにより、イオン導電性を有するウレタンゴム，ＮＢＲ，ＣＲ等のゴム材料を用いた場合にも、高温高湿時（例えば２８℃８５％ＲＨ）の電気抵抗の低下、および低温低湿時（例えば１０℃１５％ＲＨ）の水分の低下による電気抵抗の上昇を抑え、何れの環境においても安定した電気抵抗が保持される。
ＥＰＤＭやブチルゴム等のオレフィンゴムは絶縁性の高い１０１４Ωｃｍ以上１０１６Ωｃｍ以下の範囲で、より導電性および吸湿性のあるゴム材としてＳＢＲ，ウレタン、ＮＢＲ，クロロプレンゴム材料などはこれより低く１０８Ωｃｍ以上１０１３Ωｃｍ以下の領域で、その官能基（２重結合、ニトリル基，ウレタン結合）の極性およびイオン性成分（遊離の水分，ハロゲン成分、水和、水素結合によるイオン成分）のアルキレンオキサイド成分の含水性による影響で環境変動もその配合、含有量、共重合化による抵抗変化が異なる。また、エピクロロヒドリン成分ではエーテル結合を有するイオン成分（遊離のヒドロキシ基、塩素成分等）のイオン導電性の高い構造で、エチレンオキサイド（ＰＥＧ）−プロピレンオキサイド（ＰＰＧ）−アリルグリシジルエーテル（ＡＧＥ）三元共重合体中でのエーテル成分の分子量、ＰＥＧ，ＰＥＧ成分比率およびゴム加硫時の分子内架橋密度による導電性の調整が１０４Ωｃｍ以上１０８Ωｃｍ以下の領域で各々調整し得る。更に、これに導電性カーボンブラックや導電性無機酸化物や金属酸化物等の導電性フィラーを添加することにより低抵抗領域の調整とゴム成分の抵抗調整範囲、および電圧変化による導電性フィラー間の導電性の調整を有効に且つ環境変動を抑える方向に安定させる効能を有する。
芯材の外周に形成された後の発泡弾性層から、該発泡弾性層中に含まれる３種以上の導電性ゴムおよび１種以上の絶縁性ゴムの発泡弾性層中からの分離は、個別ゴム配合を抜き取りその配合成分の抵抗の影響、分散性、相溶性を見て、混合・分散・加硫・発泡を行い、各々の成分の寄与を分離し得る。一方単独での配合では導電性、発泡性、加硫性が異なることから個別の成分の導電性の寄与の分離は困難である。また、海島構造も配合成分比率や個々の材料、導電性フィラーの分散性も異なることからその抵抗への寄与は十分解明されてはいないが、ＥＰＤＭとその他の個別成分のブレンド・混合状態は大きな海島構造を形成し、第３成分以降の配合により微細な海島構造の形成とその極性ゴム成分の配合界面に沿って安定したカーボンブラックの凝集が形成されていることが鋭意研究によりＴＥＭ等の電子顕微鏡観察から見られている。複数のブレンドゴムによるゴム成分と導電性フィラーの安定した凝集および分散状態の形成が環境安定性の優れた本実施形態における効能として発現されている。
−ゴム材料−
前記発泡弾性層に含有されるゴム材料としては、体積抵抗率が１×１０１４Ωｃｍ未満である導電性ゴムとしてＮＢＲ（ニトリルブタジエンゴム），ＣＲ（クロロプレンゴム），ＥＣＯ（エピクロルヒドリンゴム），ウレタンゴム，ブタジエンゴムおよびＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）から選択される少なくとも３種を含有する態様が挙げられる。また、体積抵抗率が１×１０１４Ωｃｍ以上である絶縁性ゴムとしてＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）、シリコンゴム，ブチルゴムから選択される少なくとも１種を含有する態様が挙げられる。
前記に列挙されたゴム材料のうち、ＮＢＲのアクリルニトリル量は、低ニトリルから中高ニトリル含有量で１５モル％以上５５モル％以下であることが好ましく、更に１５モル％以上３５モル％以下であることが好ましい。
ＳＢＲのスチレン量は、１５モル％以上５５モル％以下が好ましく、更に１５モル％以上３５モル％以下（中高ニトリル）であることが好ましい。
ＥＰＤＭにおけるジエン類としては、例えば、エチリデンノルボルネン、１，４−ヘキサジエン、ジシクロペンタジエン，イソホロン構造等が挙げられる。
尚、３種以上が用いられる上記の導電性ゴムの中でも、ＥＣＯおよびウレタンゴムから選択される少なくとも１種（低抵抗ゴム）と、ブタジエンゴムおよびＳＢＲから選択される少なくとも１種（高抵抗ゴム）と、ＮＢＲおよびＣＲから選択される少なくとも１種（中抵抗ゴム）と、を配合することが好ましい。
体積抵抗率が１×１０６Ωｃｍ以上１×１０７Ωｃｍ以下の範囲である低抵抗のＥＣＯやウレタンゴムを加えることにより、より広い抵抗調整範囲が確保され発泡弾性層を有する導電性ロールとして、転写・帯電・徐電領域において求められる電気特性の安定性と長寿命化が図られ、かつ劣化も抑制され、求められる抵抗調整領域で１×１０４Ωｃｍ以上１×１０１１Ωｃｍ以下で１桁以内の環境変動が実現され、通電に伴う電気的疲労劣化に伴う中心抵抗変化が抑制される。
特に、前記導電性ゴムおよび絶縁性ゴムの組合せとしては、ＮＢＲ，ＥＣＯ，ＳＢＲおよびＥＰＤＭの４種のゴムの組合せ、および、ＣＲ，ＥＣＯ，ＳＢＲおよびＥＰＤＭの４種のゴムの組合せが好ましい。この組合せであれば、導電性の制御領域が転写電界に必要な１×１０３Ωｃｍ以上１×１０１０Ωｃｍ以下の広い制御範囲内で、高温高湿環境から低温低湿環境までの環境範囲において２桁以内の安定した、抵抗変動の少ない転写ロールが得られる。
全ゴム成分中における各ゴムの混合割合としては、前記低抵抗ゴム（ＥＣＯやウレタンゴム）は５質量％以上５０質量％以下が好ましく、１０質量％以上４０質量％以下がより好ましい。
前記高抵抗ゴム（ブタジエンゴムやＳＢＲ）は５質量％以上５０質量％以下が好ましく、１０質量％以上４０質量％以下がより好ましい。
前記中抵抗ゴム（ＮＢＲやＣＲ）は５質量％以上５０質量％以下が好ましく、１０質量％以上４０質量％以下がより好ましい。
前記絶縁性ゴム（ＥＰＤＭや、シリコンゴム、ブチルゴム）は１０質量％以上４０質量％以下が好ましく、３０質量％以上４０質量％以下がより好ましい。特に、絶縁性ゴムの量が３０質量％以上４０質量％以下の範囲であることにより、耐オゾン性の高い材料の配合による転写電界印加、および記録媒体、ベルト上での用紙搬送時の剥離放電やベルト間での放電現象による材料劣化が抑制された導電性ロールが得られる。
絶縁性ゴムの量を３０質量％以上にすることにより一定（電圧または電流）通電時の経時による抵抗悪化が抑制され、且つゴム材料の耐オゾン劣化性が向上される。一方絶縁性ゴムの量を４０質量％以下にすることにより、ゴム材料の海島構造の崩れが抑制され且つ微細でムラなく安定した海島構造の形成により、その結果発泡弾性層における高抵抗化が抑制される。
また、前記高抵抗ゴムおよび前記中抵抗ゴムの含有量が上記範囲であることにより、導電性フィラー混練時の発熱が抑制されて両者導電性フィラーとの相溶性が向上し、添加剤や導電性フィラーの混練の際の分散加工安定性が付与される。これにより温度や湿度等の環境の変化に伴う抵抗率の変動や、印可電圧依存性の影響が小さくなり且つ低硬度で安定した導電性ロールが得られる。
−導電性フィラー−
本実施形態に用いる導電性フィラーとしては、カーボンブラックや金属酸化物、有機および無機の電解質が挙げられ、中でもカーボンブラックが好ましい。
尚、カーボンブラック以外の例としては、例えばグラファイトや、酸化錫、酸化チタン等の金属酸化物等が挙げられる。
更に特性の異なる２種類のカーボンブラックを用いることが好ましく、特性の異なる２種類のカーボンブラックとしては、吸油性の異なる２種類のカーボンブラックの組み合わせが望ましい。例えば、吸油性が高く導電性に優れるケッチェンブラックと、吸油性が小さくゴム補強性が優れるソフトカーボンのＦＴやＭＴなどのサーマルブラック等を併用することが望ましく、これらのカーボンブラックの併用によって比較的少量でかつ抵抗バラツキが少ない導電性が得られる。
ケッチェンブラックとしては、ケッチェンブラックＥＣ、ケッチェンブラックＥＣ−６００、ケッチェンブラックＥＣ−６００ＪＤ（ライオンアクゾ社製）などが挙げられる。
サーマルブラックとしてはＦＴカーボン、ＭＴカーボン（旭カーボン社製）、Ｎ９９０ ＡＲＯ９０（ハーバー社製）、ＨＴＣ＃２０（中部カーボン社製）、ＭＴ Ｎ９９０（デグサ社製）、Ｓｅｖａｃａｒｂ ＭＴ（コロンビア社製）、＃３０３０Ｂ、＃４０１３Ｂ（三菱化学社製）などが挙げられる。
カーボンブラックの使用割合は、例えば質量比でケッチェンブラック：サーマルブラック＝１：１乃至１：８が好ましく、更には１：２乃至１：５がより好ましい。
また全ゴム成分を１００質量部とした場合のカーボンブラックの配合量は、ゴム材料の配合割合で異なるものの、例えばケッチェンブラック２質量部以上２０質量部以下、サーマルブラック１０質量部以上４０重量部以下が好ましい。これらの２種の導電性の異なるカーボンブラックの配合による急激な電圧変化による抵抗変動や、導電性ロール自体の導電性のバラツキ、加工時の連続成形、混錬、フィラー配合時の相溶性の安定化など成形加工性も緩和されることにより、量産時のロット安定性に寄与する。
−添加剤−
前記発泡弾性層に添加する添加剤としては、加硫剤、発泡剤、加硫促進剤、老化防止剤、軟化剤、可塑剤、補強剤、充填剤等が挙げられるが、加硫剤、発泡剤、加硫促進剤を除く他の添加剤は、必要に応じて添加すればよく、特に軟化剤、可塑剤等のブリードしやすい添加剤は避けるのが望ましい。
加硫剤としては、例えば、イオウ、有機含イオウ化合物の他、有機過酸化物等が使用される。有機含イオウ化合物としては、例えば、テトラメチルチウラムジスルフィド、Ｎ，Ｎ’−ジチオビスモルホリン等が挙げられる。また、有機過酸化物としては、例えば、ジクミルパーオキサイド、ベンゾイルペルオキシド等が挙げられる。加硫剤の添加量は、全ゴム成分１００質量部に対して０．３質量部以上４質量部以下が好ましく、更には１．０質量部以上３．５質量部以下がより好ましい。
加硫促進剤としては、従来より使用されている種々のものが使用され、特にスルフェンアミド系加硫促進剤を使用するのが好ましい。加硫促進剤は、ゴム成分１００質量部に対して０．３質量部以上４質量部以下が好ましく、更には０．５質量部以上３質量部以下の割合で添加するのがより望ましい。
発泡剤としては、従来より使用されている種々の発泡剤が使用され、ゴム全体の加硫速度を遅延させる傾向にあるアゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）系発泡剤を用いるのが、一部のゴム相において急に加硫が進行するのを抑制するうえで好ましい。
老化防止剤としては、例えば、２−メルカプトベンゾイミダゾール等のイミダゾール類、フェニル−α−ナフチルアミン、Ｎ，Ｎ’−ジ−β−ナフチル−ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ−フェニル−Ｎ’−イソプロピル−ｐ−フェニレンジアミン等のアミン類、ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−クレゾール、スチレン化フェノール等のフェノール類等が挙げられる。
−導電性ロールの製造方法−
次に本実施形態に係る導電性ロールの好適な製造方法を説明する。
まず、体積抵抗率の異なる３種以上の導電性ゴムと絶縁性ゴムとを、その相溶性の近いゴムから順次プリブレンドし、最後にＥＰＤＭを混合し、これに２種以上の導電性フィラーや、その他必要な添加剤を添加し、混練する。その後円筒状に押出成形して定められた長さとし、これを円柱状の導電性芯材に圧入し、加硫を行う。加硫は缶加硫が好適であるが、無圧オーブン加硫等があってもよい。加硫条件は、使用するゴム材料や配合量に応じて変化するが、通常１４０℃以上１７０℃以下で、０．５時間以上６時間以下の範囲で行うのがよい。加硫の過程で発泡が行われ、導電性発泡弾性体からなるチューブが得られる。発泡倍率（体積％）は１４０％以上４００％以下が好ましく、更には２００％以上３５０％以下の範囲がより好ましい。
尚、上記導電性芯材としては、例えばステンレス（ＳＵＳ）や銅、鉄、Ｎｉメッキした鉄やアルミニウム（Ａｌ）などの金属芯材（シャフト）が用いられる。
また、上記の発泡弾性層上に抵抗層を形成してもよい。抵抗層は、ウレタンやアクリル、またはナイロン等の高分子化合物にカーボンブラックや金属酸化物（酸化チタン、酸化錫など）等の導電性フィラーを分散した塗料で含浸またはコーティングし、加熱乾燥後、硬化させることで形成される。加熱乾燥による塗膜硬化は、積層した塗膜を乾燥硬化させるか、あるいは塗工時その都度乾燥硬化させてもよい。また、抵抗層の塗液には、有機溶媒系のみならず、比較的乾燥の遅い水系ウレタン等のエマルジョンコートを用いてもよい。
−物性−
・厚さ
発泡弾性層の厚さは、１ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましく、１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることがより好ましい。
・ニップ抵抗
本実施形態に係る導電性ロールでは、前述の通り良好な電気特性が得られ、その発泡弾性層における２３℃５５％ＲＨでのニップ抵抗は１０４Ω／ｃｍ以上１０１０Ω／ｃｍ以下であることが好ましく、１０７Ω／ｃｍ以上１０１０Ω／ｃｍ以下であることがより好ましく、１０７Ω／ｃｍ以上１０９Ω／ｃｍ以下であることが更に好ましい。上記ニップ抵抗が１０４Ω／ｃｍ以上であることにより、電子写真方式の画像形成装置において転写ロールとして用いられた際に記録媒体への給電において過小電圧となることが抑制され記録媒体の吸着不良が抑制される。また、１０１０Ω／ｃｍ以下であることにより、電子写真方式の画像形成装置において転写ロールとして用いられた際に記録媒体への給電において過剰放電となることが抑制され画像での画質欠陥の発生が抑制される。また、ベルトを介在した場合にはベルト抵抗を加味した転写ロールで１０７Ωｃｍ以下でも使用される場合があり、本実施形態に係る画像形成装置の構成に必ずしも制約はされない。
ここでニップ抵抗とは、１Ｋｇの荷重を掛け、電圧１０００Ｖ（１０秒チャージ）を印加したときの抵抗を三菱油化製ハイレスターＩＰの円筒電極ＨＲプローブを用いて測定した値であり、発泡弾性層のニップ抵抗はＡｌドラム上でそのニップ部で測定して行われる。
また、本実施形態に係る導電性ロールは、２８℃８５％ＲＨにおける体積抵抗率が１０１０Ωｃｍ以下（より好ましくは１０９Ωｃｍ以下）であり、１０℃１５％ＲＨにおける体積抵抗率が１０４Ωｃｍ以上１０９Ωｃｍ以下（より好ましくは１０７Ωｃｍ以上１０９Ωｃｍ以下）で、且つこの両環境下でのニップ抵抗の差が１桁以下であることが好ましい。
ここで、２８℃８５％ＲＨおよび１０℃１５％ＲＨにおける体積抵抗率（ニップ部）は、各温度湿度条件にて、電圧３ｋＶの印加から１００時間通電した導電性ロールの表面に、その円周方向に１０ｍｍ離して直径１２ｍｍ，長さ３３０ｍｍの２本のＳＵＳ製の金属ロールを０．２ｍｍの食い込み量で接触させ、金属ロール間に１ｋＶの直流電圧（Ｖ）を印加して、電圧の印加から１０秒後の電流値（Ｉ）を読み取り、下記の式により表面抵抗率Ｒｓが求められる。
Ｒｓ ＝ ＬＶ／ＧＩ
（ここで、Ｌは帯電ロールの長さ（ｃｍ）を、Ｇは２本の金属ロール間の距離（ｃｍ）を示す。
また、体積抵抗率は、高さ１ｃｍのロール断片を切り出して、上下に金属板をはさみＤＣ＝１００ｖを印加して１０秒値の抵抗計測を行い、算出される。
・アスカーＣ硬度
また、本実施形態に係る導電性ロールは、発泡弾性層のアスカーＣ硬度が２０度以上８０度以下であることが好ましく、３０度以上６０度以下であることがより好ましい。アスカーＣ硬度が８０度以下であることにより、ニップ量が小さくなり過ぎず、安定した給電および転写特性が得られ、一方２０度以上であることにより、ニップ面積が大きくなり過ぎず、記録媒体との速度変動の発生が抑制される。
尚、アスカーＣ硬度は荷重２００ｇのときの反発硬度をさし、以下の方法により測定される。高分子計器株式会社製、軟質ゴム、スポンジなどの硬さ測定におけるデ・ファクトスタンダード アスカーＣ型硬度計で、ＪＩＳ−Ｋ７３１２、ＪＩＳ−Ｓ６０５０に準拠して計測される。
−用途−
本実施形態に係る導電性ロールは、例えば電子写真複写機、静電プリンター等における像保持体上の表面を帯電するための帯電ロール、像保持体上に形成されたトナー像を転写媒体に転写するための転写ロール、像保持体上にトナーを搬送するためのトナー搬送ロール、像保持体上のトナーを除去するためのクリーニングロール等に使用される。また、インクジェット方式の画像形成装置において、インクがインクジェットヘッドから吐出される前の中間転写体を帯電するための給電ロール等に使用される。
図１は本実施形態に係る導電性ロールの一実施の形態として転写ロールを示す断面図であり、図１において、１１は導電性芯材、１２は発泡弾性層、１３は第１抵抗層、１４は第２抵抗層をそれぞれを示している。
図２は本実施形態の係る導電性ロールを転写ロールに適応した画像形成装置の一実施の形態を示す概略構成図であり、この画像形成装置は電子写真プロセスを利用したレーザービームプリンターとして構成されたものである。
図２において、１は像保持体としての有機光導電体等を用いた感光体ドラムであり、この感光体ドラムは、図示していない駆動手段により矢印方向に沿って定められたプロセススピード（２８ｍｍ／ｓｅｃと５６ｍｍ／ｓｅｃの２段階切換）で回転駆動されるようになっている。感光体ドラム１の表面は、感光体ドラム１の表面に接触する帯電ロール２によって特定の電位に一次帯電される。
この帯電ロール２には、例えば、電源３によって電圧−３５０ＶのＤＣＧ，ＬＶ成分と周波数３５０Ｈｚ・電圧２０００Ｖｐｐの正弦波のＡＣ成分で重畳された振動電圧が印加されており、感光体ドラム１の表面は、帯電ロール２によって印加電圧のＤＣ成分に等しい−３５０Ｖに帯電される。その後、感光体ドラム１の表面には、レーザー書き込み装置から画像情報に応じて出力される図示していない画像露光が施され、画像情報に応じた静電潜像が形成される。
次に、感光体ドラム１上に形成された静電潜像は、磁性一成分の現像剤等を使用した現像装置４の現像ロール４ａにより現像されてトナー像となった後、このトナー像は、定められたタイミングで給紙される記録媒体としての転写用紙９上に、転写ロール６の帯電によって転写される。転写ロール６には、転写電流として３μＡ以上５μＡ以下に定電流制御された電流が通電されるようになっている。
その後、トナー像が転写された転写用紙９は、図示していない除電用の放電装置の放電を受けて感光体ドラム１の表面から分離され、図示していない定着装置へ搬送されて、トナー像が転写用紙９上に定着されて装置の外部に排出され、画像の形成工程を終了する。
なお、トナー像の転写工程が終了した感光体ドラム１の表面は、クリーニング装置８のクリーニングブレード８ａによって残留トナーが清掃され、次の画像形成工程に備える。また、図中５は帯電ロール２を感光体ドラム１の表面に接触させるための加圧スプリングを、７は帯電ロール２の表面を清掃するクリーニングパッドをそれぞれ示している。
次いで、下記の実施例および比較例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。尚、以下において「部」は特に明示しない限り「質量部」を表す。
〔実施例１〕
ステンレススチール製芯材（８ｍｍΦの導電性芯材）上に、発泡弾性層を形成した。
まず、ＮＢＲ（ニトリルブタジエンゴム、日本ゼオン社製ＤＮ２１１）２０部と、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム、ＪＳＲ社製ＥＰ３３）４０部と、ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム、デンカ社製）３０部と、ＥＣＯ（エピクロロヒドリンゴム、ダイソー社製６１０）１０部と、をブレンドした。
尚、上記ＮＢＲのアクリルニトリル量は３３モル％であり、該ＮＢＲの体積抵抗率は１０１０Ωｃｍであった。
また、上記ＥＰＤＭにおけるジエン類としては５−エチリデンー２ノルボルネンが用いられ、該ＥＰＤＭの体積抵抗率は１０１４Ωｃｍであった。
また、上記ＳＢＲのスチレン量は３０モル％であり、該ＳＢＲの体積抵抗率は１０１１Ωｃｍであった。
また、上記ＥＣＯの体積抵抗率は１０７Ωｃｍであった。
次いで、前記４種のゴム材料のブレンド物に、２種の導電性カーボンブラックとして旭サーマル（旭カーボン社製、ＨＳ１００、ＤＶＢ吸油量２８ｍｌ／ｇ）２８部と、ケッチェンブラック（ライオンアクゾ社製、ＥＣ）６部と、を加えさらに加硫剤として硫黄１．５（鶴見化学工業社製）１．５部と、加硫促進剤（大内新興化学工業性、ノクセラーＭ）５部と、ステアリン酸１部と、発泡剤（ＯＢＳＨ）６部と、を加えさらにロール混練し、押し出し成形により円柱状に成形してＡ３サイズにカットし、次いで前記芯材に挿入し、１６０℃３０分高圧蒸気缶内で発泡・加硫を行った後、外形を１８．７ｍｍΦに成形研磨した。
こうして成形された導電性ロールについて、以下の物性を測定し評価した。
・ニップ抵抗
高温高湿時（２８℃、８５％ＲＨ）でのニップ抵抗を、１Ｋｇの荷重を掛け、電圧１０００Ｖ（１０秒チャージ）を印加したときの抵抗を三菱油化製ハイレスターＩＰの円筒電極ＨＲプローブを用いて測定することで算出した。尚、発泡弾性層のニップ抵抗はＡｌドラム上でそのニップ部で測定した。実施例１の導電性ロールの発泡弾性層でのニップ抵抗は１０７．４Ω（７．４ｌｏｇΩ）であった。
・ニップ抵抗の環境変動
低温低湿時（１０℃、１５％ＲＨ）でのニップ抵抗を上記方法により測定し、温度および湿度の環境変動による電気抵抗（ニップ抵抗）の変化（高温高湿時と低温低湿時との変化）を算出した。実施例１の導電性ロールにおけるニップ抵抗の環境変動は０．３桁であった。
・アスカーＣ硬度
前述の方法により発泡弾性層のアスカーＣ硬度を測定した。実施例１の導電性ロールの発泡弾性層でのアスカーＣ硬度は３７度であった。
・通電試験による変動：ニップ抵抗の変動
導電性ロールを、低温低湿（１０℃、１５％ＲＨ）環境において電圧３ｋＶの印加から１００時間通電した後、高温高湿（２８℃、８５％ＲＨ）環境においてニップ抵抗を上記方法により測定した。実施例１の導電性ロールにおける通電試験によるニップ抵抗の変動は０．８桁であり、印字画質上では大きな問題点はなかった。
・通電試験による変動：アスカーＣ硬度変化
前記の通電試験を行った後の発泡弾性層について、前述の方法によりアスカーＣ硬度を測定した。実施例１の導電性ロールの発泡弾性層では、アスカーＣ硬度は変化していなかった。
・通電試験による変動：外観変化
前記の通電試験を行った後の発泡弾性層について、外観の変化があるか否か目視により観察した。実施例１の導電性ロールの発泡弾性層では、外観の変化はなかった。
［画質評価試験］
以下の方法により画像を形成し、画質を評価した。
図２に示す電子写真画像形成装置において上記導電性ロールを転写ロール６として装着し、画像を印刷して、下記評価基準により高温高湿環境（２８℃、８５％ＲＨ）での転写性と、低温低湿環境（１０℃、１５％ＲＨ）での画質を評価した。
○：転写性良好、画質も濃度ムラなく良好
△：画質において部分的なムラ発生
×：転写性悪化、画質欠陥（濃度ムラ）発生
〔実施例２〜３、比較例１〕
ゴム材料およびカーボンブラックの組成を下記表１に示す量に変更した以外は、実施例１に記載の方法により導電性ロールを作製し、評価を行なった。
１ 感光体ドラム
２ 帯電ロール
３ 電源
４ 現像装置
５ 加圧スプリング
６ 転写ロール
７ クリーニングパッド
８ クリーニング装置
９ 転写用紙
１１ 導電性芯材
１２ 発泡弾性層
１３ 第１抵抗層
１４ 第２抵抗層

Claims (6)

  1. 導電性芯材の外周に、体積抵抗率が１×１０１４Ωｃｍ未満であり且つ体積抵抗率の異なる３種以上の導電性ゴムと、体積抵抗率が１×１０１４Ωｃｍ以上である絶縁性ゴムと、２種以上の導電性フィラーと、を含有する発泡弾性層が被覆されてなる導電性ロール。
  2. 前記発泡弾性層が、前記導電性ゴムとしてＮＢＲ（ニトリルブタジエンゴム），ＣＲ（クロロプレンゴム），ＥＣＯ（エピクロルヒドリンゴム），ウレタンゴム，ブタジエンゴムおよびＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）から選択される少なくとも３種を含有し、且つ前記絶縁性ゴムとしてＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）、シリコンゴム，ブチルゴムから選択される少なくとも１種を含有する請求項１に記載の導電性ロール。
  3. 前記発泡弾性層が、前記導電性ゴムおよび絶縁性ゴムとしてＮＢＲ，ＥＣＯ，ＳＢＲおよびＥＰＤＭの４種のゴム、または、ＣＲ，ＥＣＯ，ＳＢＲおよびＥＰＤＭの４種のゴムを含有する請求項２に記載の導電性ロール。
  4. 前記発泡弾性層において、全ゴム成分中における前記絶縁性ゴムの含有率が３０質量％以上４０質量％以下である請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の導電性ロール。
  5. 像保持体と、
    前記像保持体の表面を帯電させる帯電装置と、
    前記帯電装置により帯電された前記像保持体上に静電潜像を形成する潜像形成装置と、
    前記像保持体上の静電潜像をトナーにより現像しトナー像を形成する現像装置と、
    前記像保持体に接触して配置され、該像保持体との間に記録媒体が挿入された際に前記トナー像を該記録媒体に転写するための転写電圧を印加する、請求項１に記載の導電性ロールを用いた転写ロールと、
    を備える画像形成装置。
  6. 像保持体、前記像保持体の表面を帯電させる帯電装置、前記帯電装置により帯電された前記像保持体上に静電潜像を形成する潜像形成装置、前記像保持体上の静電潜像をトナーにより現像しトナー像を形成する現像装置、および、前記像保持体の表面を清掃する清掃装置、から選ばれる少なくとも一種と、
    前記像保持体に接触して配置され、該像保持体との間に記録媒体が挿入された際に前記トナー像を該記録媒体に転写するための転写電圧を印加する、請求項１に記載の導電性ロールを用いた転写ロールと、
    を備え、画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジ。
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