JP4681039B2 - 導電性ロール - Google Patents
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Description
トナーの微細化については、トナー粒径が10μm以下、さらには5μm以下のものも出てきている。トナーの球形化については、真球度が99%を上回るものまで出てきている。さらに、高画質化を求めて、従来の粉砕トナーに代わり重合トナーが主流となりつつある。かかる重合トナーは、デジタル情報を印刷物にする際にドットの再現性が非常によく高品質な印刷物が得られる。
しかし、両層の厚みを精度よく実現することが難しく、極めて高い厚み精度が必要とされる。高い厚み精度を実現するためには手のかかる管理が必要であると共に、管理した場合も製品歩留まりが良好でないことなどによりコスト高になりやすい。そのため、より簡素な工程管理で安価に製造できるよう改善の余地がある。
該半導電性ゴム部材においては、カーボンブラックの中でもゴム成分の種類や抵抗値に影響を与えることなく誘電性を付与できる弱電性カーボンを使用するなどして誘電正接を前記範囲内に調整することにより、初期画像濃度の向上、耐久性(トナー帯電の経時安定性)の向上はそれぞれ極めて高いレベルで実現しているが、それら両方を一挙に実現できるようさらなる改善の余地がある。
あわせてイオン導電性を示すエチレンオキサイドモノマーが重合されている場合は、表面自由エネルギーが上がり濡れやすくなり、導電性ゴムロール対するトナーの付着性が高くなる。
さらに表面に紫外線照射やオゾン暴露などを施し酸化膜を形成させると、その部分の酸素濃度が高くなるため表面自由エネルギーが上がり導電性ゴムロールに対するトナーの付着性がさらにます可能性がある。
加えて誘電正接を0.1〜1.5とした場合はトナーの帯電性を向上できトナーの搬送量を低減できるためハーフトーン画像など高画質な画像が実現できるが、一方で現像ロール上のトナーの積層量が少なくなるため、現像ロールとして使用した場合にはトナーの付着性がさらにます可能性がある。
・印刷をほどよく行い、トナーが現像ロールに比較的なじんだ時点
(例えば1%印字画像を2,000枚程度印刷した時点)
・トナーの平均粒径が8μm以下、特に6μm以下の場合
・連続的に印刷せず、例えば一日停止して翌日印刷した場合
・トナーの帯電量が比較的高い低温低湿環境において使用する場合
また、現像効率が低下するとトナーボックスで循環するトナーが多くなり、トナーの劣化が原因でトナー帯電量の低下が早まる結果、早期に画像不良が発生するという問題が生じる。すなわち、静電気的および物理的なトナー離れの悪さが主因で現像ローラのトナー搬送量が多くなると、印刷の際に現像ローラにより搬送されるトナーのほとんどが感光体による印刷に寄与せず現像ローラに残ってトナーボックスに戻ってくるような状態となり、その結果トナーがトナーボックス内で何度も循環してトナー同士が擦れることで傷が付くなどトナーの劣化が促進され、耐久使用の後半で画像不良が発生する。
該半導電性ロールにおいては、表面自由エネルギーが高い塩素原子を含有するゴム成分を用いる場合でも酸化チタンを所定量配合することによりトナーの付着を低減することができる。該特許文献5の具体的態様においては、酸化チタンに加えて更に弱電性カーボンブラックなどの誘電正接調整剤を含み、所定条件下での誘電正接が0.1〜1.8となるように調整されている。こうすることによりトナーに高い帯電を付加でき、十分な印刷濃度が得られる。
しかし、該態様においては静電気力的なトナー付着力が強くなりすぎる場合があり、このことが現像効率の低下を招き、さらにはトナーの劣化が促進され、耐久使用の後半で画像不良が発生しうるという問題があり、この点を改善する余地があった。
前記加硫ゴム組成物は、(A)塩素原子を有するゴムと溶解度パラメーターが18.0(MPa) 1/2 以上のゴムとのいずれか一方または両方からなるゴム成分、(B)粒径18nm以上80nm未満の高導電性カーボンブラック、(C)酸化チタン、アルミナおよびシリカからなる群から選択される1種以上の金属酸化物からなる無機フィラーを含有しており、前記(B)および(C)の合計含有量はゴム成分(A)100質量部に対して10質量部以上60質量部以下であることを特徴とする導電性ロールを提供する。
一方、金属酸化物からなる無機フィラー(C)のみを充填剤として配合した場合、トナーの物理的な付着力を低減できる効果はあるが、十分なトナー帯電性が得られず、その結果十分な印刷濃度が得られない。
そこで、本発明者は鋭意検討し、前記高導電性カーボンブラック(B)および無機フィラー(C)を組み合わせ、合計含有量をゴム成分(A)100質量部に対して10質量部以上60質量部以下の割合にすると、高導電性カーボンブラック(B)のトナー付着効果と無機フィラー(C)によるトナーの付着力低減効果とのバランスが絶妙に保たれ、「トナー付着力、言い換えればトナー搬送量の低減による耐久性の向上」および「高印刷濃度の実現」という両立の難しい背反性能を併せ持つ導電性ロールができることを知見した。
このような配合割合にすることにより、導電性ロールの硬度の上昇を防いだうえで、さらに高導電性カーボンブラック(B)と無機フィラー(C)との相乗効果も期待できる。すなわち、ローラが低抵抗であることによりローラに電荷をためず安定させることと、ローラ表面の物理的な付着力を低減させることで低抵抗による電気的なコントロールの低下の影響が生じない絶妙なトナー搬送特性を有するローラが完成できた。
このような配合割合にすることにより、「トナー搬送量」「耐久性」および「印刷濃度」においてより安定した性能が得られる。
(1)塩素原子を有するゴム;
(2)SP値が18.0(MPa)1/2以上であるゴム;
(3)イオン導電性ゴム;
(4)イオン導電材を含むことによりイオン導電性が付与されているゴム。
このようなゴム成分を使用することにより、特に本発明の導電性ロールを電子写真装置の画像形成機構において非磁性1成分トナーを用いた現像装置に搭載される現像ロールとして用いたときに良好な特性を示す。
これは粒径80nmを境界としてカーボンブラックの導電性に顕著な差異が見られ、加硫ゴム組成物に配合された場合に異なる役割を担うからである。すなわち、弱導電性カーボンブラックは粒径が大きくストラクチャーの発達が小さく導電性への寄与が小さいカーボンブラックであり、これを配合することにより導電性を高めることなく分極作用によるコンデンサー的な働きを得ることができ、電気抵抗の均一化を損なうことなく帯電性のコントロールを実現できる。一方、高導電性カーボンブラックは弱導電性カーボンブラックに比べて粒子径が小さくストラクチャーが発達しており導電性への寄与が大きい。そのため、これを配合することにより導電性を高めることができる。例えば現像ロールとして使用する場合、プリンターが高速化され感光体と接触する時間が短くなったりプリンターが小型化して感光体の径が小さくなったりなどして現像ロールと感光体の接触面積が小さくなっても、高い印刷濃度を得ることができる。
一方、粒径18nm未満のカーボンブラックを用いると、加硫ゴム組成物内部で均一に分散されにくく、分散の悪い部分でトナーの搬送量が不均一となり、画像不良が発生したり、トナーのシール部が破損してトナー漏れが生じたりするおそれがある。
高導電性カーボンブラックとしては、よう素吸着量が50〜200mg/g、比表面積が30〜140m2/g、DBP吸油量が20〜150ml/100gであるものがより好ましい。
特に、加硫ゴム層1層のみからなる構成とすると、製造が簡便で生産効率の見地からは好ましい。その場合、該加硫ゴム層からなるトナー搬送部の中空部に円柱形状の芯金を圧入している。
本発明の導電性ロールを現像ロール等のトナー搬送部に用いる場合、トナー漏れ防止用のシール部材を有することが好ましい。ここで、「シール部材」としてはトナー漏れ防止用に設けられたものに限らず、導電性ロールの外周面に摺動接触する部材をすべて含む。
紫外線照射による酸化膜形成は、処理時間が早く、コストも低いことから好ましく行われる。酸化膜を形成することにより、酸化膜が誘電層となり導電性ロールの誘電正接を低減でき、その結果トナーに帯電性をより効率よく付加でき、付加した帯電性を維持することができるようになる。そのほか、オゾン曝露等の公知の方法に従って酸化膜を形成してもよい。
なかでも、非磁性1成分トナーを搬送するための現像ロール、トナー供給ロール、クリーニングロール、帯電ロール、転写ロール等のトナー搬送部、トナーと接触する部材に用いられることが好ましい。この場合、トナー搬送部は少なくともその最外層が加硫ゴムで形成されているので、電気特性の均一性や設計値の繰り返し再現性を低コストで容易に得ることができる。
本発明の導電性ロールは、例えば高い厚み精度が要求されたり特別な設備を要したりすることなく、製品の歩留まりを低下させることなく簡素な工程管理で安価に製造できる。
本発明の実施形態の導電性ロール10は、電子写真装置の画像形成機構において非磁性1成分トナーを用いた現像装置に用いられる現像ロールである。
図1に示すように加硫ゴム組成物から構成されるトナー搬送部1と、その中空部に圧入された円柱形状の芯金(シャフト)2と、トナーが漏れるのを防止するシール部3を備えている。
前記トナー搬送部1は、円筒形状で肉厚を0.5〜15mm、好ましくは3〜15mmとしている。該肉厚を0.5〜15mmとしているのは、前記範囲より小さいと適当なニップを得にくく、前記範囲より大きいと部材が大きすぎて小型軽量化を図りにくいからである。
芯金2は、アルミニウム、アルミニウム合金、SUSもしくは鉄等の金属製、またはセラミック製等としており、前記トナー搬送部1と芯金2とは導電性接着剤で接合されている。
シール部3はテフロン(登録商標)などの不織布やシートで構成している。
ゴム成分(A)100質量部に対する高導電性カーボンブラック(B)の含有量の下限は5質量部であることがより好ましく、10質量部以上であることがさらに好ましく、15質量部以上であることが特に好ましい。上限は、30質量部以下であることがより好ましく、25質量部以下であることがさらに好ましい。
ゴム成分(A)100質量部に対する無機フィラー(C)の含有量の下限は2質量部であることがより好ましく、2.5質量部以上であることがさらに好ましく、5質量部以上であることが特に好ましい。上限は、30質量部以下であることがより好ましく、25質量部以下であることがさらに好ましく、20質量部以下であることが特に好ましい。
ゴム成分(A)としては下記の(1)〜(2)のいずれかの要件を少なくとも1つ満たす加硫ゴムを用い、さらに下記の(3)〜(4)のいずれかの要件を少なくとも1つ満たす加硫ゴムを用いることが好ましい。
(1)塩素原子を有するゴム;
(2)SP値が18.0(MPa)1/2以上であるゴム;
(3)イオン導電性ゴム;
(4)イオン導電材を含むことによりイオン導電性が付与されているゴム。
ゴムが塩素原子を有する場合、例えばプラス帯電トナーに対して極めて容易に帯電できる特長がある反面、塩素原子に起因することとして塩素原子を有さないゴムと比べて粘着性が大きい傾向がある。そのため、ゴム成分(A)が塩素原子を有するゴムを含む場合、本発明を適用すれば塩素原子を有するゴムの欠点である非静電気的な高粘着性と静電気的な付着力を効果的に抑制できる。
ここで、前記SP値とは溶解度パラメーターまたは溶解度定数のことであり、例えば「塗料の流動と顔料分散」(植木憲二監修、共立出版株式会社発行)等の文献で定義されており、各液体における凝集エネルギー密度の平方根であり、溶解性を特徴づける指標となる。SP値が高いほど極性が高い。2種類以上のゴムをブレンドする場合、SP値が18.0(MPa)1/2未満であるゴムを用いてよいが、みかけのSP値が18.0(MPa)1/2以上となるように配合量を調整する。みかけのSP値は、そのゴム固有のSP値とゴム成分全体を1としたときの混合質量比の積をゴム成分ごとに算出し、その和で表されるものである。例えば、a成分のSP値をXa、ゴム成分全体を1としたときの混合質量比Yaとし、b成分のSP値をXb、ゴム成分全体を1としたときの混合質量比Ybとすると、見かけのSP値はXa・Ya+Xb・Ybとなる。
「SP値が18.0(MPa)1/2以上であるゴム」は、ほとんど導電性を示さない非導電性ゴムであっても、イオン導電性ゴムであってもよい。
本発明では高導電性カーボンブラック(B)を必須成分として含むため非導電性ゴムの場合であっても導電性を有するが、導電性を付与するためにイオン導電性ゴムと組み合わせるか、高導電性カーボンブラック(B)以外の他の電子導電材あるいはイオン導電材を配合してもよい。
他の電子導電材としては、酸化亜鉛、チタン酸カリウム、アンチモンドープ酸化チタン、酸化スズもしくはグラファイト等の導電性金属酸化物;カーボン繊維等が挙げられる。他の電子導電材の配合量は電気抵抗値などの物性を見ながら適宜選択すればよいが、例えばゴム成分100質量部に対して5〜40質量部であることが好ましく、10〜25質量部であることがより好ましい。また、これら他の電子導電材は粒径が80nm未満であることが好ましい。
「イオン導電性ゴム」は、電気特性の均一性や設計値の繰り返し再現性を維持することが容易にできる反面、水とのなじみがよく表面自由エネルギーが高く濡れやすいため粘着性が大きい傾向がある。そのため、ゴム成分(A)が「イオン導電性ゴム」を含む場合、本発明を適用すればその欠点である高粘着性を効果的に抑制できる。
また、イオン導電材としては、フルオロ基(F−)およびスルホニル基(−SO2−)を有する陰イオンを備えた塩も好適な例として挙げられる。より具体的には、ビスフルオロアルキルスルホニルイミドの塩、トリス(フルオロアルキルスルホニル)メタンの塩またはフルオロアルキルスルホン酸の塩などが挙げられる。前記塩において陰イオンと対になる陽イオンとしては、アルカリ金属、2A族またはその他の金属イオンが好ましく、なかでもリチウムイオンがより好ましい。前記イオン導電材として具体的には、例えばLiCF3SO3、LiC4F9SO3、LiN(SO2CF3)2、LiC(SO2CF3)3、LiCH(SO2CF3)2が挙げられる。
イオン導電材の配合量は、その種類によって適宜選択することができるが、例えばゴム成分100質量部に対して0.1〜5質量部であることが好ましい。
(a)エピクロルヒドリン系共重合体単独、
(b)クロロプレンゴムと、エピクロルヒドリン系共重合体または/およびポリエーテル系共重合体との組み合わせ、
(c)クロロプレンゴムとNBRとの組み合わせ
が挙げられる。
なかでも、(b−1)クロロプレンゴムとエピクロルヒドリン系共重合体との組み合わせ、(b−2)クロロプレンゴムとエピクロルヒドリン系共重合体とポリエーテル系共重合体との組み合わせ、(c)クロロプレンゴムとNBRとの組み合わせがさらに好ましく、(b−1)クロロプレンゴムとエピクロルヒドリン系共重合体との組み合わせ、(c)クロロプレンゴムとNBRとの組み合わせが特に好ましい。
例えば、(b−1)クロロプレンゴムとエピクロルヒドリン系共重合体とを組み合わせる場合、ゴム成分の総質量を100質量部とすると、エピクロルヒドリン系共重合体の含有量を5〜95質量部、好ましくは20〜80質量部、より好ましくは20〜50質量部とし、クロロプレンゴムの含有量を5〜95質量部、好ましくは20〜80質量部、より好ましくは50〜80質量部とすることが好適である。
(b−2)クロロプレンゴムとエピクロルヒドリン系共重合体とポリエーテル系共重合体とを組み合わせる場合、ゴム成分の総質量を100質量部とすると、エピクロルヒドリン系共重合体の含有量を5〜90質量部、好ましくは10〜70質量部とし、ポリエーテル系共重合体の含有量を5〜40質量部、好ましくは5〜20質量部とし、クロロプレンゴムの含有量を5〜90質量部、好ましくは10〜80質量部とすることが好適である。このような配合比にすることにより3成分をうまく分散させることができ強度をはじめとする物性を向上させることができる。より好ましくは、質量比でエピクロルヒドリン系共重合体:クロロプレンゴム:ポリエーテル系共重合体=2〜5:4〜7:0.5〜1.5であり、更に好ましくは質量比でエピクロルヒドリン系共重合体:クロロプレンゴム:ポリエーテル系共重合体=2〜5:4〜7:1である。
(c)クロロプレンゴムとNBRとを組み合わせる場合、ゴム成分の総質量を100質量部とすると、NBRの含有量を5〜95質量部、好ましくは20〜80質量部、より好ましくは20〜50質量部とし、クロロプレンゴムの含有量を5〜95質量部、好ましくは20〜80質量部、より好ましくは50〜80質量部とすることが好適である。
また、エピクロルヒドリン系共重合体としては、エピクロルヒドリン(EP)−エチレンオキサイド(EO)共重合体を用いることもできる。前記共重合体中のEO:EPの好ましい含有比率はEO:EP=30〜80モル%:20〜70モル%であり、さらに好ましい比率はEO:EP=50〜80モル%:20〜50モル%である。
ポリエーテル系共重合体中のアリルグリシジルエーテル含量としては1〜10モル%が好ましい。1モル%未満ではブリードや他の部材の汚染の発生が起こり易くなる一方、10モル%を越えると、それ以上の結晶化の抑制効果は得られず、加硫後の架橋点の数が多くなり、却って低抵抗化が実現できず、また引張強度や疲労特性、耐屈曲性等が悪化することとなる。
イオウ変性タイプは、イオウとクロロプレンを共重合したポリマーをチウラムジスルフィド等で可塑化し、所定のムーニー粘度に調整するものである。非イオウ変性タイプとしては、メルカプタン変性タイプまたはキサントゲン変性タイプ等が挙げられる。メルカプタン変性タイプは、n−ドデシルメルカプタン、tert−ドデシルメルカプタンまたはオクチルメルカプタン等のアルキルメルカプタン類を分子量調節剤として使用するものである。また、キサントゲン変性タイプはアルキルキサントゲン化合物を分子量調節剤として使用するものである。
また、クロロプレンゴムは生成クロロプレンゴムの結晶加速度により、結晶化速度が中庸のタイプ、結晶化速度が遅いタイプおよび結晶化速度が早いタイプに分けられる。
本発明においてはいずれのタイプを用いてもよいが、非イオウ変性で結晶化速度が遅いタイプが好ましい。
本発明においてはゴム比重を低減するために比重の小さい低ニトリルNBRを用いることが好ましい。クロロプレンゴムとの混合性を鑑みれば中ニトリルNBRまたは低ニトリルNBRを用いることが好ましく、より具体的にはSP値の観点からアクリロニトリル含量が15〜39%、好ましくは17〜35%、より好ましくは20〜30%のNBRを用いることが好適である。
NBRはトナーの種類によって水素添加やカルボキシル化などを施し、帯電性を調整することも有効である。
本発明で用いる酸化チタンにおいては粒径が500nm以下である粒子が50%以上含まれていることが好ましい。この場合に酸化チタンの分散性が良くなるからである。なかでも、平均粒径が100〜500nmである酸化チタンを用いることが好ましい。特に粒径が300〜500nmである粒子を主成分とし、平均粒径が300〜500nmであるルチル型の酸化チタンを用いることが好ましい。
シリカとしては、平均一次粒子径が10〜500nmであるものが特に好ましい。また、BET比表面積が30〜300m2/gのものが好ましく、60〜250m2/gのものがより好ましい。
アルミナは熱伝導性に優れるのでトナー搬送部に含有されることによりシール部3とトナー搬送部1の外周面との摩擦により生じる熱をトナー搬送部全体にすばやく分散させることができ、トナー搬送部の内部に伝達された熱は金属からなる芯金2を経由して外部に逃がすことができるとともにトナー搬送部1の表面からも放熱させることができる。そのため、シール部3とトナー搬送部1との摺動摩擦による発熱で加速されていたシール部3の摩耗を抑えることができ、トナー漏れをより長期間にわたって有効に防ぐことができる。
さらには、トナー搬送部1が前記摺動部での発熱により高温とならないため、重合トナーを構成する熱可塑性樹脂が溶融しトナーが大径化・エッジ化し溶着して大きくなると共に角張ってくるのを防ぐことができる。よって、シール部3およびトナー搬送部1の耐久性を格段に向上させることができる。
加えてアルミナと酸化チタンを同時混合する場合、アルミナを混合することにより酸化チタンの混合効率も上がり、例えばこれらが異物としてゴム表面に検出されることが少なくなる。
加硫ゴム組成物にはゴム成分を加硫するための加硫剤が含まれる。
加硫剤としては硫黄系、チオウレア系、トリアジン誘導体系、過酸化物、各種モノマー等が使用できる。これらは単独で使用しても2種以上を組み合わせて使用してもよい。硫黄系加硫剤としては粉末硫黄、またはテトラメチルチウラムジスルフィドもしくはN,N−ジチオビスモルホリンなどの有機含硫黄化合物等が挙げられる。チオウレア系加硫剤としてはテトラメチルチオウレア、トリメチルチオウレア、エチレンチオウレアおよび(CnH2n+1NH)2C=S(式中、nは1〜10の整数を表す。)で示されるチオウレア等が挙げられる。過酸化物としてはベンゾイルペルオキシドなどが挙げられる。
加硫剤の配合量はゴム成分100質量部に対して0.2質量部以上5質量部以下であることが好ましく、1質量部以上3質量部以下であることがより好ましい。
硫黄は、ゴム成分100質量部に対して0.1質量部以上5.0質量部以下、好ましくは0.2質量部以上2質量部以下の割合で含まれているのが良い。前記範囲としているのは、0.1質量部より小さいと組成物全体の加硫速度が遅くなり生産性が悪くなりやすいためである。一方、5.0質量部より大きいと圧縮永久ひずみが大きくなったり、硫黄や促進剤がブルームしたりする可能性があるためである。
また、チオウレア類はゴム成分100gに対して合計0.0001mol以上0.0800mol以下、好ましくは0.0009mol以上0.0800mol以下、より好ましくは0.0015mol以上0.0400mol以下の割合で配合されているのが良い。前記チオウレア類を前記範囲で配合することにより、ブルームや他の部材の汚染を起こりにくくすることができると共に、ゴムの分子運動をあまり妨げないためより低い電気抵抗を実現できる。また、チオウレア類の添加量を増やし架橋密度を上げるほど電気抵抗値を下げることができる。すなわち、チオウレア類の配合量が0.0001molより少ないと圧縮永久ひずみを改善しにくい。電気抵抗値を効果的に下げるにはチオウレア類の配合量が0.0009mol以上であることが好ましい。一方、チオウレア類の配合量が0.0800molより多いとゴム組成物表面からチオウレア類がブルームし感光体などの他の部材を汚染したり、破断伸び等の機械的物性が極度に悪化しやすい。
加硫促進剤としては、消石灰、マグネシア(MgO)もしくはリサージ(PbO)等の無機促進剤や以下に記す有機促進剤を用いることができる。有機促進剤としては、ジ−オルト−トリルグアニジン、1,3−ジフェニルグアニジン、1−オルト−トリルビグアニドもしくはジカテコールボレートのジ−オルト−トリルグアニジン塩等のグアニジン系;2−メルカプト−ベンゾチアゾールもしくはジベンゾチアジルジスルフィド等のチアゾール系;N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド等のスルフェンアミド系;テトラメチルチウラムモノスルフィド、テトラメチルチウラムジスルフィド、テトラエチルチウラムジスルフィドもしくはジペンタメチレンチウラムテトラスルフィド等のチウラム系;チオウレア系等が挙げられ、これらを単独でまたは適宜組み合わせて用いることができる。
加硫促進剤の配合量は、ゴム成分100質量部に対して0.5質量部以上5質量部以下が好ましく、0.5質量部以上2質量部以下がより好ましい。
加硫促進助剤の添加量は、ゴム成分100質量部に対して0.5質量部以上10質量部以下が好ましく、2質量部以上8質量部以下がより好ましい。
受酸剤としては酸受容体として作用する種々の物質を用いることができるが、分散性に優れていることからハイドロタルサイト類または酸化マグネシウムを用いることが好ましく、特にハイドロタルサイトを用いることがより好ましい。さらに、これらに酸化マグネシウムや酸化カリウムと併用することもでき、これにより高い受酸効果が得られ、他の部材の汚染をより確実に防止することができる。
受酸剤の配合量は、ゴム成分100質量部に対し1質量部以上10質量部以下、好ましくは3質量部以上7質量部以下としている。加硫阻害および他の部材の汚染を防止する効果を有効に発揮させるため受酸剤の配合量は1質量部以上であることが好ましく、硬度の上昇を防ぐため受酸剤の配合量は10質量部以下であることが好ましい。
加硫ゴム組成物に含まれる成分をニーダ、ロールやバンバリーミキサ等の混合装置を用いて混練り後、ゴム押出機でチューブ状に予備成形し、この予備成形品を加硫する。
加硫時間は、加硫試験用レオメータ(例:キュラストメータ)により最適加硫時間を求めて決めるとよい。なお、他の部材への汚染と圧縮永久ひずみを低減させるため、なるべく十分な加硫量を得られる様に条件を設定することが好ましい。具体的に、加硫温度は100〜220℃であることが好ましく、120〜180℃であることがより好ましい。加硫時間は15〜120分間であることが好ましく、30〜90分間であることが好ましい。
温度23℃、相対湿度55%の環境下での印加電圧5Vにおけるロール電気抵抗が102〜107Ωであることが好ましく、103〜107Ωであることがより好ましい。
JIS K 6253に記載のデュロメーター硬さ試験タイプAの硬度が20〜80度であることが好ましく、40〜80度であることがより好ましく、50〜80度であることが更に好ましい。これは、軟らかいほどニップが大きくなり、転写、帯電、現像等の効率が大きくなる、または感光体等の他の部材への機械的ダメージを小さくできるという利点があるという理由による。一方、硬度が20度より低いと耐摩耗性が著しく劣ることになる。
濃度変化率が95%以上105%以下であることが好ましい。
トナー搬送量が0.49mg/cm2未満であることが好ましい。
画像不良発生枚数が13,000枚以上であることが好ましい。
これらの測定方法は後述の実施例に記載の通りである。
表1に記載の配合材料(表中の数値は質量部を示す。)と、加硫剤として粉末硫黄0.75質量部およびエチレンチオウレア(川口化学工業(株)製「アクセル22−S」)0.75質量部と、受酸剤としてハイドロタルサイト(協和化学工業(株)製「DHT−4A−2」)6質量部とをバンバリーミキサで混練り後、ゴム押出機にて外径φ22mm、内径φ9〜9.5mmのチューブ状に押し出し加工を施した。該チューブを加硫用のφ8mmシャフトに装着し、加硫缶にて160℃で1時間加硫を行った後、導電性接着剤を塗布したφ10mmのシャフトに装着して160℃のオーブン内で接着した。その後、端部をカット成形し、円筒研磨機でトラバース研磨、ついで仕上げ研磨として鏡面研磨を施し、表面粗さRzが3〜5μmになるように仕上げた。なお表面粗さRzはJIS
B 0601(1994)に従って測定した。その結果、φ20mm(公差0.05)の導電性ロールを得た。
・クロロプレンゴム(CR);昭和電工(株)製「ショープレンWRT」
・エピクロルヒドリン系共重合体(GECO);ダイソー(株)製エピオンON301
EO(エチレンオキサイド)/EP(エピクロルヒドリン)/AGE(アリルグリシジルエーテル)=73mol%/23mol%/4mol%
・アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR);日本ゼオン製「ニッポール401LL」
・カーボンブラックa;旭カーボン(株)製「旭#8」(粒径120nm)
・カーボンブラックb;電気化学工業(株)製「デンカブラック」(粒径35nm)
・カーボンブラックc;旭カーボン(株)製「サンブラック930」(粒径13nm)
・カーボンブラックd;新日本カーボン(株)製「ニテロンHTC#S」(平均粒径88nm)
(c)無機フィラー
・酸化チタン;チタン工業(株)製「クロノスKR310」
・アルミナ;昭和電工(株)製「AL−160SG−1」
・シリカ;東ソー・シリカ(株)製「VN3」
図2に示すように芯金2を通したトナー搬送部1をアルミドラム13上に当接搭載し、電源14の+側に接続した内部抵抗r(100Ω)の導線の先端をアルミドラム13の一端面に接続すると共に電源14の−側に接続した導線の先端をトナー搬送部1の他端面に接続して測定した。
前記電線の内部抵抗rにかかる電圧を検出し、検出電圧Vとした。この装置において印加電圧をEとすると、ロール電気抵抗RはR=r×E/(V−r)となるが、今回−rの項は微少とみなし、R=r×E/Vとした。芯金2の両端に500gずつの荷重Fをかけ30rpmで回転させた状態で、印加電圧Eを5Vとした時の検出電圧Vを4秒間で100個測定し、上式によりRを算出した。なお、前記測定は温度23℃、相対湿度55%の恒温恒湿条件下で行った。
なお、表中にはlogRを記載した。
JIS K 6253に記載の方法でデュロメーター硬さ試験タイプAの硬度を測定した。
導電性ロールとトナーとの付着性を調べるため、市販のレーザープリンター(非磁性1成分のプラス帯電トナーを使用した市販のプリンターで、印刷スピード24枚/分、トナー推奨印刷枚数約7,000枚相当。)に実施例および比較例の各導電性ロールを現像ロールとして装着し、画像として出力したトナー量の変化、すなわち印刷物上のトナー積層量の変化を指標として性能評価を行った。なお、印刷物上のトナー積層量の測定は以下に示すような透過濃度の測定により代用できる。
具体的には、1%印字にて100枚印刷後に黒ベタ画像を印刷し、得られた印刷物上の任意の5点において反射透過濃度計(TECHKON社製「テシコン濃度計RT120/ライトテーブルLP20」にて透過濃度を測定し、その平均値を初期濃度(表中では「C0」と表す。)とした。初期濃度が1.7未満の場合は薄いので「×」と、1.7以上1.8未満の場合は薄いが使用可能レベルなので「△」と、1.8以上1.9未満の場合はやや薄いが良好な濃さなので「○」と、1.9以上2.0未満の場合は最適な濃さなので「◎」と、2.0以上2.1以下の場合はやや濃いが良好な濃さなので「○」と評価した。
得られた値から濃度変化率(%)=C2000/C0を算出した。
濃度変化率が90%未満の場合を「×」と、90%以上95%未満の場合を「△」と、95%以上98%未満の場合を「○」と、98%以上102%未満の場合を「◎」と、102%以上105%以下の場合を「○」と評価した。
前記のようにして測定される印刷物の透過濃度とトナーの搬送性の関係を調べるために、下記のようなトナー帯電量測定器によりトナーの搬送量の評価を行った。
具体的には、前記測定において1%印字にて100枚印刷後に黒ベタ画像を印刷したが、引き続いて102枚目に白ベタ画像(白紙)を印刷し、印刷後レーザープリンターからカートリッジをはずし、カートリッジに装着されている現像ロールに対して上方から吸引型帯電量測定機(トレック社製「Q/M METER Model 210HS−2」)によりトナーを吸引し、帯電量(μC)とトナー重量を測定した。得られた値から次式に基づきトナー帯電量(μC/g)およびトナー搬送量(mg/cm2)を算出した。
トナー帯電量(μC/g)=帯電量(μC)/トナー重量(g)
トナー搬送量(mg/cm2)=トナー重量(mg)/吸引された面積(cm2)
トナー搬送量は低い方が良好であり、トナー搬送量が0.39mg/cm2未満の場合を「◎」と、0.39mg/cm2以上0.49mg/cm2未満の場合を「○」と、0.49mg/cm2以上0.59mg/cm2枚以下の場合を「△」と、0.60mg/cm2以上の場合を「×」と評価した。
1%印字により印刷を行い、500枚印刷後に所定の印字を行い、白く印刷させる部分にトナーが乗って黒ずみ始めた印刷枚数を画像不良発生枚数として記録した。
画像不良発生枚数が11,999枚以下の場合を「×」と、12,000枚以上12,999枚以下の場合を「△」と、13,000枚以上13,999枚以下の場合を「○」と、14,000枚以上の場合を「◎」と評価した。
2 芯金
3 シール部
4 トナー
10 導電性ロール
Claims (8)
- 加硫ゴム組成物で形成されてなるトナー搬送部を少なくとも最外層に備えた導電性ロールであって、
前記加硫ゴム組成物は、(A)塩素原子を有するゴムと溶解度パラメーターが18.0(MPa) 1/2 以上のゴムとのいずれか一方または両方からなるゴム成分、(B)粒径18nm以上80nm未満の高導電性カーボンブラック、(C)酸化チタン、アルミナおよびシリカからなる群から選択される1種以上の金属酸化物からなる無機フィラーを含有し、
前記(B)および(C)の合計含有量はゴム成分(A)100質量部に対して10質量部以上60質量部以下であることを特徴とする導電性ロール。 - 前記ゴム成分(A)100質量部に対して、高導電性カーボンブラック(B)を1質量部以上40質量部以下、無機フィラー(C)を1質量部以上40質量部以下の割合で含有している請求項1に記載の導電性ロール。
- 前記ゴム成分(A)100質量部に対して、高導電性カーボンブラック(B)を5質量部以上30質量部以下、無機フィラー(C)を10質量部以上40質量部以下の割合で含有しており、かつ(B)および(C)の合計含有量はゴム成分(A)100質量部に対して10質量部以上40質量部以下である請求項1に記載の導電性ロール。
- 前記ゴム成分(A)が、下記(a)〜(c)のいずれかの態様である請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の導電性ロール。
(a)エピクロルヒドリン系共重合体単独。
(b)クロロプレンゴムと、エピクロルヒドリン系共重合体または/およびポリエーテル系共重合体との組み合わせ。
(c)クロロプレンゴムとアクリロニトリルブタジエンゴムとの組み合わせ。 - 前記加硫ゴム組成物が、前記ゴム成分(A)としてイオン導電性ゴムまたはイオン導電材を含むことによりイオン導電性が付与されているゴムを含む請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の導電性ロール。
- 前記無機フィラー(C)が酸化チタンである請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の導電性ロール。
- 電子写真装置の画像形成機構において非磁性1成分トナーを用いた現像装置に用いられる現像ロールである請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の導電性ロール。
- 前記加硫ゴム組成物からなるトナー搬送部の一層からなり、該トナー搬送部の中空部に円柱形状の芯金が圧入され、かつ、該トナー搬送部の表面に紫外線照射による酸化膜が形成されている請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の導電性ロール。
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