JP5093793B2 - ゴム部材 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真式複写機及びプリンタ、またはトナージェット式複写機及びプリンタ等の画像形成装置の感光体等に一様な帯電を付与するために用いられる導電性ロールやブレード等に特に好適なゴム部材に関する。

電子写真式複写機及びプリンタなどの画像形成装置の導電性ロールには、感光体等への非汚染性、導電性等が要求される。そこで、従来、ポリウレタン、シリコーンゴム製のものが用いられていたが、感光体等への汚染性、帯電性等の理由から、各種弾性層表面に各種コーティング層、表面処理層又は被覆チューブを設けたものが提案されている（例えば特許文献１〜特許文献４等参照）。

このうち特許文献４には、低コストで、良好な特性を長期間に亘って維持することができる帯電部材として本出願人が出願した、エピクロルヒドリン系ゴム基材からなる弾性層を有する帯電部材であって、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一種のポリマーと、導電性付与剤と、イソシアネート成分とを含有する表面処理液で形成された表面処理層を有する帯電部材が開示されている。

このような従来のイソシアネート処理では、その処理表面が硬くなるために、部材を圧接して使用する際に、柔軟性や強度といった点において不十分となる場合があり、例えば、帯電ロールとしてプリンタや複写機に実装した場合には、通紙を重ねると共に、当接する感光体表面を傷つけたり、ロール表面が磨耗したりするといった問題があった。

また、感光体に圧接して使用されるクリ−ニングブレードなどブレードにも同様な課題がある。

特開平６−１７５４７０号公報（請求項等） 特開平５−２８１８３１号公報（請求項等） 特開平４−２１４５７９号公報（請求項２、［００２２]等） 特開２００２−０４０７６０号公報（請求項等）

本発明は、このような事情に鑑み、感光体に当接させて用いても感光体表面を傷つけたり、逆にゴム部材表面が磨耗したりすることなく、低コストで、良好な特性を長期間にわたって維持できる導電性ロールやブレード等に特に好適なゴム部材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、活性水素を有するマトリックスからなるゴム弾性層を最外層に有するゴム部材において、前記ゴム弾性層の表層部が、アリル基を有するポリエーテル系ポリマー及びイソシアネート化合物を少なくとも含有する表面処理液によって表面処理された表面処理層となっていることを特徴とするゴム部材にある。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載のゴム部材において、前記活性水素が、水酸基、アミノ酸基又はカルボキシル基から選択される少なくとも一種の官能基の活性水素であることを特徴とするゴム部材にある。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様に記載のゴム部材において、前記ポリエーテル系ポリマーが、水酸基を有することを特徴とするゴム部材にある。

本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様に記載のゴム部材において、前記ポリエーテル系ポリマーが分子量３００〜１０００であることを特徴とするゴム部材にある。

本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様に記載のゴム部材において、前記表面処理液が、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の何れか一つを含むことを特徴とするゴム部材にある。

本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様に記載のゴム部材において、前記表面処理液が、カーボンブラックを含むことを特徴とするゴム部材にある。

本発明の第７の態様は、第１〜６の何れかの態様に記載のゴム部材において、前記ゴム弾性層がロール形状又はブレード形状であることを特徴とするゴム部材にある。

本発明の第８の態様は、第７の態様に記載のゴム部材において、前記ゴム弾性層がロール形状であって、前記ゴム弾性層と芯金との間に、さらに発泡層又は無発泡層を有することを特徴とするゴム部材にある。

本発明の第９の態様は、第１〜８の何れかの態様に記載のゴム部材において、前記ゴム弾性層が導電性を有することを特徴とするゴム部材にある。

本発明によると、比較的弾性変形し易く且つ表層に一体化した表面処理層を有し、特に、感光体に当接する部材として使用した場合でも、感光体表面を傷つけたり、ロール表面やブレード先端が磨耗したりすることなく、低コストで、良好な特性を長期間にわたって維持できるゴム部材を提供することができる。

以下に本発明を、本発明のゴム部材の一例としての導電性ロールを例示しながら詳細に説明する。

図１に本発明のゴム部材の一例としての導電性ロールの断面図を示す。図１（ａ）に示すように導電性ロール１０は、芯金１１上に活性水素を有するマトリックスからなる弾性層１２を有するものであり、弾性層１２の表層部は表面処理層１２ａとなっている。また、図１（ｂ）に示すように、導電性ロール１０は、芯金１１と活性水素を有するマトリックスからなる弾性層１２と芯金１１の間に、例えば発泡層１３を有していてもよい。ここで、マトリックスからなる弾性層１２と芯金１１の間に任意に設けられる層は、発泡層でも無発泡層でもよく、さらに１層以上の構造であってもよい。この場合には、最上層の弾性層が下記の条件を有していればよい。また、弾性層１２は、ソリッド（無発泡）でもスポンジ（発泡体）でもよいことはいうまでもない。

本発明の導電性ロール１０の弾性層１２は、活性水素を有するマトリックスからなる。ここで、活性水素を有するマトリックスとしては、ポリウレタン、エピクロルヒドリンゴム等をゴム基材としたマトリックスを挙げることができる。特に、ポリウレタンの場合には、ポリオールとポリイソシアネートとの反応の際のＮＣＯ／ＯＨの値を１より小さくして水酸基が余剰となったものが好ましい。また、ポリウレタンからなるゴム基材としては、脂肪族ポリエーテル、ポリエステルおよびポリカーボネートから選択される少なくとも一種を主体とするものを挙げることができる。具体的には、これら脂肪族ポリエーテル、ポリエステルおよびポリカーボネートから選択される少なくとも一種を含むポリオールを主体とし、これをウレタン結合により結合したものを挙げることができ、好適には、ポリエーテル系ポリウレタン、ポリエステル系ポリウレタン、ポリカーボネート系ポリウレタンなどを挙げることができる。また、ウレタン結合の代わりにポリアミド結合あるいはエステル結合などにより結合して弾性体としたものも用いることができる。さらに、ポリエーテルアミドやポリエーテルエステルなどの熱可塑性エラストマを用いることもできる。また、ゴム基材として活性水素を有するものと併せて、又はその代わりに、充填材、可塑剤として活性水素を有するものを用いてもよい。

なお、弾性層１２には導電性付与剤が添加されていてもよい。導電性付与剤としては、電子導電性付与剤、イオン導電性付与剤、又はこれらの両者を混合して用いることができる。また、弾性層１２の外表面は研磨されていても研磨されていなくてもよい。

表面処理層１２ａは、弾性層１２を表面処理液に浸漬させる又は表面処理液をスプレー塗布などにより塗布し、乾燥硬化させることにより形成することができ、表面処理液は弾性層１２の表層部に含浸されて表面処理層１２ａとなる。

ここで、表面処理液は、有機溶剤に、少なくともポリエーテル系ポリマーとイソシアネート化合物とを溶解させたものである。

表面処理液に含まれる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。

また、表面処理液に含まれるポリエーテル系ポリマーは、有機溶剤に可溶であるのが好ましい。さらに、活性水素を有する基を有して、イソシアネート化合物と反応して化学的に結合可能なものが好ましい。活性水素を有する基としては、好ましくは、水酸基及びアリル基が挙げられ、水酸基を有する基としては、例えば、ポリオール、グリコール等を挙げることができる。

また、このポリエーテル系ポリマーは活性水素を有する基を両末端に備えたものより片末端のみのものの方が望ましい。さらに、ポリエーテル系ポリマーは、数平均分子量が３００〜１０００であることが好ましい。これは表面処理層に弾性を付与するために好ましいからである。

表面処理液に用いられるポリエーテル系ポリマーは、イソシアネート化合物１０重量部に対して、１．４重量部以上配合するのが好ましく、２．５重量部以上配合するのがさらに好ましい。ポリエーテル系ポリマーによる効果が十分に得られるからである。

このようなポリエーテル系ポリマーとしては、例えば、ポリアルキレングリコールモノメチルエーテル、ポリアルキレングリコールジメチルエーテル、アリル化ポリエーテル、ポリアルキレングリコールジオール、ポリアルキレングリコールトリオール等が挙げることができる。

このように表面処理液にポリエーテル系ポリマーを添加することで、表面処理層の柔軟性や強度が向上し、その結果、所望のゴム部材が、表面が磨耗したり、当接する感光体表面を傷つけたりする虞がなくなる。

また、表面処理液には、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ポリマーを含有させてもよい。

本発明の表面処理液に用いられる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は、所定の溶剤に可溶でイソシアネート化合物と反応して化学的に結合可能なものである。アクリルフッ素系ポリマーは、例えば、水酸基、アルキル基、又はカルボキシル基を有する溶剤可溶性のフッ素系ポリマーであり、例えば、アクリル酸エステルとアクリル酸フッ化アルキルのブロックコポリマーやその誘導体等を挙げることができる。また、アクリルシリコーン系ポリマーは、溶剤可溶性のシリコーン系ポリマーであり、例えば、アクリル酸エステルとアクリル酸シロキサンエステルのブロックコポリマーやその誘導体等を挙げることができる。

また、表面処理液には、導電性付与剤としてさらにアセチレンブラック等のカーボンブラックを添加してもよい。

表面処理液に用いられるカーボンブラックは、イソシアネート成分に対して０〜４０重量％であるのが好ましい。多すぎると脱落、物性低下等の問題が生じ好ましくないからである。

表面処理液中のポリマーは、イソシアネート成分に対し、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の総量を１０〜７０重量％となるようにするのが好ましい。１０重量％より少ないとカーボンブラック等を表面処理層中に保持する効果が小さくなる。一方、ポリマー量が多すぎると、帯電ロールの電気抵抗値が上昇し放電特性が低下するという問題や、相対的にイソシアネート成分が少なくなって有効な表面処理層が形成できないという問題がある。

さらに、表面処理液は、これらポリエーテル系ポリマー、イソシアネート化合物、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を溶解する溶剤を含有する。溶剤としては特に限定されないが、酢酸エチル、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、トルエン等の有機溶剤を用いればよい。

本発明においては、弾性層１２の表層部に表面処理液を含浸・硬化させて表面処理層１２ａを設けたものであるので、表面処理層１２ａは、弾性層１２表面に一体的に設けられ且つポリエーテル系ポリマー等が一体的に含有されている。このような表面処理層１２ａは、表面から内部に向かって漸次疎になるように一体的に形成される。従って、導電性ロール表面への可塑剤等汚染物質のブリードを防ぐことができるため、感光体への汚染性に優れた導電性ロールとなる。

また、芯金１１と弾性層１２との間に任意に設けられる層としては、例えば、発泡体が挙げられ、ニトリル系ゴム発泡体、特に中高ニトリル又は高ニトリル系ゴムを挙げることができる。帯電ロールに求められる導電性を満たすためには発泡層に十分量の導電性付与剤を添加する必要があるが、導電性付与剤を添加すると硬度が高くなり十分なニップが得られなくなる。一方、低硬度とするために可塑剤の添加量を多くすると、可塑剤が帯電ロールの外表面に移行して、当接した感光体を汚染してしまい、また、低硬度とするための発泡を困難にする。従って、低ガス透過性であり高発泡とすることができるニトリル系ゴム発泡体とすることが好ましい。なお、発泡層は、独立気泡でも連通気泡でもよい。

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）
（スリーブ部材の製造）
エピクロルヒドリンゴム（エピクロマーＣＧ−１０２；ダイソー社製）１００重量部に、導電剤としてトリフルオロ酢酸ナトリウム０．５重量部、亜鉛華３重量部、ステアリン酸２重量部、加硫剤１．５重量部をそれぞれ添加してロールミキサーで混練りし、直径６ｍｍの芯金の表面にプレス成形及び外表面研磨することにより、厚さ０．５ｍｍ、直径１４ｍｍに研磨加工して、芯金表面に弾性層が形成されたスリーブ部材を得た。

（表面処理液の調製）
酢酸エチル１００重量部、イソシアネート化合物（ＭＤＩ；大日本インキ社製）１０重量部、アセチレンブラック（電気化学社製）２重量部、アクリルフッ素ポリマー（モデイバーＦ６００；日本油脂社製）１．５重量部、アクリルシリコーンポリマー（モデイバーＦＳ７００；日本油脂社製）１．５重量部、ポリエチレングリコールジアリルエーテル（分子量４５０）２．５重量部をボールミルで３時間分散混合した。

（スリーブ部材の表面処理）
前記表面処理液を２３℃に保ったまま、上記ロールを表面処理液中に３０秒間含浸させた。これを１２０℃に保持されたオーブンで１時間加熱することにより、スリーブ部材の表面に表面処理層を形成した。

（導電性ロールの製造）
二トリル量３３％の中高ニトリル系ゴム（ムーニー粘度：ＭＬ₁₊₄（１００℃）３０）１００重量部に、亜鉛華５重量部、ステアリン酸１重量部、カーボンブラック（トーカブラック＃５５００；東海カーボン社製）２５重量部、ジ−（２−エチルヘキシル）フタレート（ＤＯＰ）３０重量部、加硫剤（硫黄）１重量部、加硫助剤３．５重量部、発泡剤ＡＤＣＡ５重量部、発泡助剤３重量部をそれぞれ添加してロールミキサーで混練りし、直径６ｍｍの芯金の表面に厚さ１ｍｍに成形し、厚さ３．５ｍｍとなるように金型内で発泡させた。その上に、表面処理層を形成したスリーブ部材を被覆して、実施例１の導電性ロールを作製した。

（実施例２）
（ロールの製造）
３官能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）４重量部、ＶＵＬＣＡＮ ＸＣ（キャボネット社製）３重量部を添加し、粒度が２０μｍ以下となる程度まで分散させ、８０℃に温調した後、減圧下にて６時間、脱泡、脱水操作を行ってＣ液を得た。

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、８０℃に温調してＤ液を得た。

シャフト（φ：８ｍｍ、ｌ：２７０ｍｍ）を中央に配置すると共にポリプロピレン製押し出しチューブ（外径２３ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ）を内壁面に密着するように挿入し、１１０℃に予熱したφ２３ｍｍの鉄製パイプ金型に、上述したＣ液とＤ液とを混合して注入し、１１０℃にて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。このロールの表面を１．５ｍｍ研磨し、外径を２０ｍｍに調整した。

（表面処理液の調整）
酢酸エチル１００重量部、イソシアネート化合物（ＭＤＩ；大日本インキ社製）７重量部、アセチレンブラック（電気化学社製）２重量部、アクリルフッ素ポリマー（モデイバーＦ６００；日本油脂社製）１．５重量部、アクリルシリコーンポリマー（モデイバーＦＳ７００；日本油脂社製）１．５重量部、ポリエチレングリコールジアリルエーテル（分子量４５０）１．０重量部をボールミルで３時間分散混合した。

（導電性ロールの表面処理）
前記表面処理液を２３℃に保ったまま、ロールを表面処理液中に３０秒間含浸させた。これを１２０℃に保持されたオーブンで１時間加熱することにより、導電性ロールの表面に表面処理層を形成し、実施例２の導電性ロールを作製した。

（実施例３）
表面処理液のポリエチレングリコールジアリルエーテルを２．５重量部とした以外は実施例２と同様にして実施例３の導電性ロールを作製した。

（実施例４）
表面処理液のポリエチレングリコールジアリルエーテルを５．０重量部とした以外は実施例２と同様にして実施例４の導電性ロールを作製した。

（比較例１）
ポリエチレングリコールジアリルエーテルを加えずに表面処理液を作成した以外は、実施例１と同様にして比較例１の導電性ロールを作製した。

（比較例２）
ポリエチレングリコールジアリルエーテルを加えずに表面処理液を作製した以外は、実施例２と同様にして比較例２の導電性ロールを作製した。

（試験例１）：電気抵抗値
各実施例及び比較例の導電性ロールについて、図２に示すように、導電性ロール１０をＳＵＳ３０４板からなる電極部材４０の上に載置し、芯金１１の両端に１００ｇ荷重をかけた状態で、芯金１１と電極部材４０との間の電気抵抗値を、常温常湿環境（Ｎ／Ｎ：２０℃×５０％ＲＨ）にて、ＵＬＴＲＡ ＨＩＧＨ ＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥ ＭＥＴＥＲ Ｒ８３４０Ａ（株式会社アドバンテスト製）を用いて測定した。同様の環境下で５０００枚連続印刷後にも電気抵抗値を測定した。なお、このときの印加電圧はＤＣ−１００Ｖであった。結果を表１及び図３に示す。

（試験例２）：ロール表面の観察
レーザプリンタ（ＥＰＳＯＮ社製ＬＰ−８６００ＦＸ）の導電性部分に、各実施例及び比較例の導電性ロールを取り付け、常温常湿環境（Ｎ／Ｎ：２０℃×５０％ＲＨ）にて５０００枚連続印刷後、導電性ロール表面を顕微鏡観察し、導電性ロールの表面状態を評価した。なお、ロールの表面の状態が良好であった場合は○、ロール表面の状態が不良であった場合は×とした。結果を表１に示す。

（試験例３）：画像評価
市販のレーザプリンタ（ＥＰＳＯＮ社製ＬＰ−８６００ＦＸ）の帯電部分に、上記各実施例及び比較例の導電性ロールを取り付けた。このプリンタを起動し、常温常湿環境（Ｎ／Ｎ：２０℃×５０％ＲＨ）で出力した画像を評価した。同様の環境下で５０００枚連続印刷後に出力した画像についても評価した。なお、画像の状態を○、△、×の三段階で評価した。結果を表１に示す。

表１に示すように、ゴム弾性層がエピクロルヒドリンゴムからなり、ポリエチレングリコールジアリルエーテルを含有する表面処理液により表面処理層を形成した実施例１の導電性ロールはロール表面の状態及び画像評価が良好であった。これに対し、ポリエチレングリコールジアリルエーテルを含まない表面処理液により表面処理層を形成した比較例１の導電性ロールは、５０００枚印刷後には表面が汚れ、シワが発生した。また、出力した画像には横スジが発生した。

また、ゴム弾性層がウレタンゴムからなり、ポリエチレングリコールジアリルエーテルを含有する表面処理液により表面処理層を形成した実施例２〜４の導電性ロールはロール表面の状態が良好であった。これに対し、ポリエチレングリコールジアリルエーテルを含まない表面処理液により表面処理層を形成した比較例２の導電性ロールは、５０００枚印刷後には表面に亀裂が発生した。また、比較例２の導電性ロールは、５０００枚印刷後に出力した画像は横スジが発生したのに対し、実施例２の導電性ロールは、わずかに横スジが発生したが実使用が可能な程度であり、ポリエチレングリコールジアリルエーテルをイソシアネート７重量部に対して２．５重量部以上（すなわち、イソシアネート１０重量部に対して３．６重量部以上）配合した実施例３及び４の導電性ロールは画像が良好であった。

また、実施例１〜４の導電性ロールは、初期から５０００枚印刷後の電気抵抗値の上昇は少なかった。これに対し、比較例１及び２の導電性ロールは、５０００枚印刷後に電気抵抗値が大幅に上昇した。各実施例の導電性ロールは、ポリエチレングリコールジアリルエーテルを含有する表面処理液により表面処理層を形成することで、表層部の柔軟性が向上し、感光体と当接する負荷が低減したため、電気抵抗値の上昇が少なかったと考えられる。

本発明のゴム部材の一例である導電性ロールの断面図である。 導電性ロールの抵抗値の測定方法を示す図である。 試験例１の結果を示すグラフである。

符号の説明

１０ 導電性ロール
１１ 芯金
１２ 弾性層
１２ａ 表面処理層
１３ 発泡層

Claims (9)

1. 活性水素を有するマトリックスからなるゴム弾性層を最外層に有するゴム部材において、前記ゴム弾性層の表層部が、アリル基を有するポリエーテル系ポリマー及びイソシアネート化合物を少なくとも含有する表面処理液によって表面処理された表面処理層となっていることを特徴とするゴム部材。
2. 請求項１に記載のゴム部材において、前記活性水素が、水酸基、アミノ酸基又はカルボキシル基から選択される少なくとも一種の官能基の活性水素であることを特徴とするゴム部材。
3. 請求項１又は２に記載のゴム部材において、前記ポリエーテル系ポリマーが、水酸基を有することを特徴とするゴム部材。
4. 請求項１〜３の何れかに記載のゴム部材において、前記ポリエーテル系ポリマーが分子量３００〜１０００であることを特徴とするゴム部材。
5. 請求項１〜４の何れかに記載のゴム部材において、前記表面処理液が、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の何れか一つを含むことを特徴とするゴム部材。
6. 請求項１〜５の何れかに記載のゴム部材において、前記表面処理液が、カーボンブラックを含むことを特徴とするゴム部材。
7. 請求項１〜６の何れかに記載のゴム部材において、前記ゴム弾性層がロール形状又はブレード形状であることを特徴とするゴム部材。
8. 請求項７に記載のゴム部材において、前記ゴム弾性層がロール形状であって、前記ゴム弾性層と芯金との間に、さらに発泡層又は無発泡層を有することを特徴とするゴム部材。
9. 請求項１〜８の何れかに記載のゴム部材において、前記ゴム弾性層が導電性を有することを特徴とするゴム部材。

Images