JP5712057B2 - 導電性弾性体の製造方法、及び、電子写真装置用ローラー - Google Patents
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Description
本発明は、導電性弾性体の製造方法、及び、電子写真装置用ローラーに関し、より詳しくは、熱硬化性ポリウレタンに導電剤を分散させた分散液を作製し、該分散液を硬化させて導電性弾性体を作製する導電性弾性体の製造方法、及び、芯金の外周に導電性弾性体からなる弾性体層を備えた電子写真装置用ローラーに関する。
従来、複写機やプリンターなどの電子写真装置には、帯電ローラーや現像ローラーといった芯金の外周に導電性を有する弾性体層を備えたローラーが備えられている。
この種の電子写真装置用ローラーにおいては、前記弾性体層に単に導電性を発揮させるばかりでなく、前記弾性体層に所定の導電性を発揮させることが求められている。
即ち、弾性体層の導電性が所定範囲外のものになると電子写真装置の印刷品質を低下させるおそれを有するために弾性体層を形成する導電性の弾性体を所定の体積抵抗率に調整することが求められている。
この種の電子写真装置用ローラーにおいては、前記弾性体層に単に導電性を発揮させるばかりでなく、前記弾性体層に所定の導電性を発揮させることが求められている。
即ち、弾性体層の導電性が所定範囲外のものになると電子写真装置の印刷品質を低下させるおそれを有するために弾性体層を形成する導電性の弾性体を所定の体積抵抗率に調整することが求められている。
従来、このような導電性弾性体に含有させる導電剤としては、金属粉末やカーボンブラックなどが知られており、中でも粒子が細かく弾性体に均一分散が容易なカーボンブラックが広く用いられている。
このことに関し下記特許文献１には、ポリウレタン弾性体における分散性をさらに向上させるべくカーボンブラックに予め樹脂を被覆させることが記載されている。
また、下記特許文献１には、この樹脂被覆カーボンブラックを熱硬化性ポリウレタンに分散させて分散液を作製し、芯金を収容した金型内に前記分散液を注いで９０℃、６時間の熱硬化を実施することによって芯金の外周に導電性弾性体からなる弾性体層を有するローラーを形成させることが記載されており、このことによって電気抵抗値のバラツキが小さいローラーを得られることが記載されている（特許文献１の段落〔００１６〕、〔図３〕等参照）。
このことに関し下記特許文献１には、ポリウレタン弾性体における分散性をさらに向上させるべくカーボンブラックに予め樹脂を被覆させることが記載されている。
また、下記特許文献１には、この樹脂被覆カーボンブラックを熱硬化性ポリウレタンに分散させて分散液を作製し、芯金を収容した金型内に前記分散液を注いで９０℃、６時間の熱硬化を実施することによって芯金の外周に導電性弾性体からなる弾性体層を有するローラーを形成させることが記載されており、このことによって電気抵抗値のバラツキが小さいローラーを得られることが記載されている（特許文献１の段落〔００１６〕、〔図３〕等参照）。
ところで、電子写真装置用ローラーの弾性体層を導電性弾性体で形成する場合のみならず、他の用途の導電性弾性体においてもその製造に際しての生産効率を向上させることが求められている。
しかし、特許文献１に記載のごとく、カーボンブラックを熱硬化性ポリウレタンに分散させた分散液を硬化させるのに際しては長い加熱時間を必要としている。
即ち、従来、熱硬化性ポリウレタンを用いた導電性弾性体の製造方法においては生産効率に優れた方法が採用されておらず、製造容易な電子写真装置用ローラーを得ることが難しいという問題を有している。
しかし、特許文献１に記載のごとく、カーボンブラックを熱硬化性ポリウレタンに分散させた分散液を硬化させるのに際しては長い加熱時間を必要としている。
即ち、従来、熱硬化性ポリウレタンを用いた導電性弾性体の製造方法においては生産効率に優れた方法が採用されておらず、製造容易な電子写真装置用ローラーを得ることが難しいという問題を有している。
本発明は、上記のような問題を解決することを課題としており、熱硬化性ポリウレタンを用いながらも生産効率に優れた導電性弾性体の製造方法を提供し、ひいては製造容易な電子写真装置用ローラーを提供することを課題としている。
一般にカーボンブラックをゴムや樹脂に含有させて導電性を発揮させようとした場合には、その含有量と導電性との間に直線的な関係を示さず、カーボンブラックがある含有量に達した時点で急激に抵抗値を低下させるパーコレーション領域と呼ばれる領域を示すことが知られており、導電性弾性体に所望の導電性を発揮させることが困難な状況になっている。
本発明者は、樹脂被覆カーボンブラックを用いることでこのパーコレーション領域における抵抗値の変化を緩やかなものにさせ得ることを見出すとともに、樹脂被覆カーボンブラックと所定のカーボンブラックとを併用することで熱硬化性ポリウレタンの硬化反応を促進させうることを見出し、本発明を完成させるに至った。
本発明者は、樹脂被覆カーボンブラックを用いることでこのパーコレーション領域における抵抗値の変化を緩やかなものにさせ得ることを見出すとともに、樹脂被覆カーボンブラックと所定のカーボンブラックとを併用することで熱硬化性ポリウレタンの硬化反応を促進させうることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、導電性弾性体の製造方法に係る本発明は、熱硬化性ポリウレタンに導電剤を分散させた分散液を作製し、該分散液を硬化させて導電性弾性体を作製する導電性弾性体の製造方法であって、前記導電剤として、ｐＨ７．５以上、ＤＢＰ吸収量５０ｍｌ／１００ｇ以下、揮発分１．１質量％以下のカーボンブラックと樹脂被覆カーボンブラックとを用いることを特徴としている。
また、電子写真装置用ローラーに係る本発明は、芯金の外周に導電性弾性体からなる弾性体層を備えた電子写真装置用ローラーであって、前記導電性弾性体が、熱硬化性ポリウレタンに導電剤を分散させた分散液を硬化させてなり、前記導電剤として、ｐＨ７．５以上、ＤＢＰ吸収量５０ｍｌ／１００ｇ以下、揮発分１．１質量％以下のカーボンブラックと樹脂被覆カーボンブラックとが含有されていることを特徴としている。
本発明によれば、熱硬化性ポリウレタンに導電剤を分散させた分散液を作製するのに際して、前記導電剤として、ｐＨ７．５以上、ＤＢＰ吸収量５０ｍｌ／１００ｇ以下、揮発分１．１質量％以下のカーボンブラックを樹脂被覆カーボンブラックと併用することから、該分散液の硬化時間を短縮させることができ、導電性弾性体を効率良く製造することができる。
従って、本発明によれば、製造容易な電子写真装置用ローラーを提供することができる。
従って、本発明によれば、製造容易な電子写真装置用ローラーを提供することができる。
また、本発明によれば、樹脂被覆カーボンブラックを用いることで樹脂被覆されていないカーボンブラックを用いるような場合に比べてパーコレーション領域における抵抗値の変化を緩やかなものにさせ得る。
従って、カーボンブラックの配合量の僅かな違いで導電性弾性体の抵抗値が所望の範囲から外れて不良品となることを抑制させることができる。
即ち、本発明の導電性弾性体の製造方法は、歩留りの向上を図り得る点においても生産効率に優れたものであるといえる。
従って、カーボンブラックの配合量の僅かな違いで導電性弾性体の抵抗値が所望の範囲から外れて不良品となることを抑制させることができる。
即ち、本発明の導電性弾性体の製造方法は、歩留りの向上を図り得る点においても生産効率に優れたものであるといえる。
なお、前記樹脂被覆カーボンブラックは、ｐＨ７．０未満の酸性カーボンブラックにエポキシ樹脂を被覆した樹脂被覆カーボンブラックであることが好ましく、この好ましい樹脂被覆カーボンブラックを用いることでパーコレーション領域における抵抗値の変化をより緩やかなものにさせ得る。
また、導電剤として用いる前記カーボンブラックと前記樹脂被覆カーボンブラックとは、３０：７０〜５０：５０の質量比率で用い、且つ、合計量が６．０質量％以上７．０質量％以下となるように前記分散液に含有させることが好ましく、この好ましい態様を採用することにより、分散液の硬化反応を促進させる効果、及び、パーコレーション領域における抵抗値の変化を抑制させる効果をより確実に発揮させ得る。
以下に、本発明の好ましい実施の形態について電子写真装置用ローラーを例示して添付図面を参照しつつ説明する。
特に、本実施形態においては、従来、パーコレーション領域との関係から抵抗値を調整することが困難であった中抵抗の弾性体層を有する電子写真装置用ローラーを例示して本発明を説明する。
特に、本実施形態においては、従来、パーコレーション領域との関係から抵抗値を調整することが困難であった中抵抗の弾性体層を有する電子写真装置用ローラーを例示して本発明を説明する。
図１は、本実施形態における電子写真装置用ローラーの斜視図であり、この図にも示されているように、本実施形態における電子写真装置用ローラーは、その回転中心軸となる丸棒状の芯金１１と、該芯金１１の外表面に接するようにして設けられた弾性体層１２と、該弾性体層１２の外表面を覆う表面被覆層１３とを備えている。
前記弾性体層１２は、前記芯金１１の外周において一定厚みとなるようにして設けられており、導電剤を含有する導電性弾性体からなり、体積抵抗率が１×１０4Ω・ｃｍ以上、１×１０6Ω・ｃｍ以下の導電性弾性体によって形成されている。
該導電性弾性体は、熱硬化性ポリウレタンに導電剤を分散させた分散液を硬化させて形成されたものであり、前記導電剤として、ｐＨ７．５以上、ＤＢＰ吸収量５０ｍｌ／１００ｇ以下、揮発分１．１質量％以下のカーボンブラックと樹脂被覆カーボンブラックとが含有されている。
該導電性弾性体は、熱硬化性ポリウレタンに導電剤を分散させた分散液を硬化させて形成されたものであり、前記導電剤として、ｐＨ７．５以上、ＤＢＰ吸収量５０ｍｌ／１００ｇ以下、揮発分１．１質量％以下のカーボンブラックと樹脂被覆カーボンブラックとが含有されている。
前記弾性体層１２を形成させるための熱硬化性ポリウレタンとしては、特に限定されることなく、一般的なポリオールとイソシアネートとを組み合わせたものが用いることができる。
また、前記ポリオールとしても特に限定されるものではなく、ポリエーテルポリオールやポリエステルポリオールなどの中から適宜選択して採用することが出来る。
また、前記ポリオールとしても特に限定されるものではなく、ポリエーテルポリオールやポリエステルポリオールなどの中から適宜選択して採用することが出来る。
前記ポリエーテルポリオールとしては、例えば、ポリオキシアルキレンポリオール、ポリオキシテトラメチレングリコール及びそれらの混合物等が挙げられ、前記ポリオキシアルキレンポリオールとしては、例えば、２個以上の活性水素含有基を有する化合物を出発原料とし、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、１，２−ブチレンオキシド、１，３−ブチレンオキシド、スチレンオキシド等のアルキレンオキシドの開環付加反応により得られるものを採用することができる。
なお、この２個以上の活性水素含有基を有する化合物としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール等の２価のアルコール；グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジグリセリン、デキストロース、ソルビトール、ショ糖等の３価以上の多価アルコール；レゾルシノール、ハイドロキノン、ビスフェノールＡ等の多価フェノール；エチレンジアミン、トリレンジアミン、１，３−プロパンジアミン、イソホロンジアミン等の多価アミン；ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルカノールアミン、それらの変性物等が挙げられ、これらは、それぞれ単独で又は２種以上を混合して用いることができる。
なお、この２個以上の活性水素含有基を有する化合物としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール等の２価のアルコール；グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジグリセリン、デキストロース、ソルビトール、ショ糖等の３価以上の多価アルコール；レゾルシノール、ハイドロキノン、ビスフェノールＡ等の多価フェノール；エチレンジアミン、トリレンジアミン、１，３−プロパンジアミン、イソホロンジアミン等の多価アミン；ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルカノールアミン、それらの変性物等が挙げられ、これらは、それぞれ単独で又は２種以上を混合して用いることができる。
また、前記ポリエステルポリオールとしては、例えば、ジカルボン酸と多価アルコールの縮合反応により得られるものを採用することができる。
なお、このジカルボン酸としては、例えば、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸等の飽和脂肪族ジカルボン酸；シクロヘキサンジカルボン酸等の飽和脂肪族ジカルボン酸；フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸等の芳香族ジカルボン酸；マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等の不飽和脂肪族ジカルボン酸；テトラブロモフタル酸等のハロゲン含有ジカルボン酸；これらのエステル形成性誘導体、これらの酸無水物等が挙げられ、これらは単独で又は２種以上を混合して用いることができる。
なお、このジカルボン酸としては、例えば、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸等の飽和脂肪族ジカルボン酸；シクロヘキサンジカルボン酸等の飽和脂肪族ジカルボン酸；フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸等の芳香族ジカルボン酸；マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等の不飽和脂肪族ジカルボン酸；テトラブロモフタル酸等のハロゲン含有ジカルボン酸；これらのエステル形成性誘導体、これらの酸無水物等が挙げられ、これらは単独で又は２種以上を混合して用いることができる。
このジカルボン酸とともにポリエステルポリオールを構成する多価アルコールとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリトール、ジグリセリン、デキストロース、ソルビトール等が挙げられ、これらは単独で又は２種以上を混合して用いることができる。
前記イソシアネートとしては、特に限定されないが、例えば、２，４−トリレンジイソシアネート（２，４−ＴＤＩ）、２，６−トリレンジイソシアネート（２，６−ＴＤＩ）、４，４'−ジフェニルメタンジイソシアネート（４，４'−ＭＤＩ）、２，４'−ジフェニルメタンジイソシアネート（２，４'−ＭＤＩ）、１，４−フェニレンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート、トリジンジイソシアネート（ＴＯＤＩ）、１，５−ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）などの芳香族ポリイソシアネート；ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート（ＴＭＨＤＩ）、リジンジイソシアネート、ノルボルネンジイソシアナートメチル（ＮＢＤＩ）、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、テトラメチルキシリレンジイソシアネート（ＴＭＸＤＩ）などの脂肪族ポリイソシアネート；トランスシクロヘキサン−１，４−ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、Ｈ６ＸＤＩ（水添ＸＤＩ）、Ｈ１２ＭＤＩ（水添ＭＤＩ）などの脂環式ポリイソシアネート；上記の各ポリイソシアネートのカルボジイミド変性ポリイソシアネート、または、これらのイソシアヌレート変性ポリイソシアネートなどが挙げられ、これらは、１種が単独で、又は２種以上が組み合わされて用いられ得る。
このような熱硬化性ポリウレタンに導電剤として分散させる前記カーボンブラック、及び、前記樹脂被覆カーボンブラックの内、前者のカーボンブラックは、前記のようにｐＨ７．５以上、ＤＢＰ吸収量５０ｍｌ／１００ｇ以下、揮発分１．１質量％以下であることが重要である。
このような特性を有することが重要であるのは、このような特性を有しないカーボンブラックでは、熱硬化性ポリウレタンの硬化を促進させる効果が十分に発揮されないおそれを有するためである。
なお、熱硬化性ポリウレタンの硬化をより確実に促進させる上において、前記ｐＨは、９．０以下であることが好ましく、８．５以下であることが特に好ましい。
即ち、ｐＨ７．５〜８．５のいわゆる中性カーボンブラックを樹脂被覆カーボンブラックとともに導電剤として採用することが好ましい。
このような特性を有することが重要であるのは、このような特性を有しないカーボンブラックでは、熱硬化性ポリウレタンの硬化を促進させる効果が十分に発揮されないおそれを有するためである。
なお、熱硬化性ポリウレタンの硬化をより確実に促進させる上において、前記ｐＨは、９．０以下であることが好ましく、８．５以下であることが特に好ましい。
即ち、ｐＨ７．５〜８．５のいわゆる中性カーボンブラックを樹脂被覆カーボンブラックとともに導電剤として採用することが好ましい。
上記の特性の内、揮発分は、９５０℃で７分間加熱を行った際に生じる減量の割合を示すもので、通常、カーボンブラックの表面官能基の多寡を示す指標として扱われているものである。
また、カーボンブラックは、この表面官能基が多い方がｐＨが小さくなる傾向にあり、一般にファーネスブラックは、製法上、チャンネルブラックなどに比べて酸性を示す官能基が少なく中性からアルカリ性を示すものが多い。
しかし、ファーネスブラックはアグリゲートが発達してハイストラクチャーになっているものが多いため一般工業用として市販のものでＤＢＰ吸収量が５０ｍｌ／１００ｇ以下となるものを得ることは難しい。
従って、上記特性を満足するカーボンブラックとして市販品を採用する場合であれば、顔料用途などとして市販されているものの中から選択することが好ましい。
なお、このｐＨ及び揮発分については旧ＪＩＳ Ｋ６２２１：１９８７に規定の方法によって測定することができ、ＤＢＰ吸収量はＪＩＳ Ｋ６２１７−４：２００８に記載の方法によって測定することができる。
また、カーボンブラックは、この表面官能基が多い方がｐＨが小さくなる傾向にあり、一般にファーネスブラックは、製法上、チャンネルブラックなどに比べて酸性を示す官能基が少なく中性からアルカリ性を示すものが多い。
しかし、ファーネスブラックはアグリゲートが発達してハイストラクチャーになっているものが多いため一般工業用として市販のものでＤＢＰ吸収量が５０ｍｌ／１００ｇ以下となるものを得ることは難しい。
従って、上記特性を満足するカーボンブラックとして市販品を採用する場合であれば、顔料用途などとして市販されているものの中から選択することが好ましい。
なお、このｐＨ及び揮発分については旧ＪＩＳ Ｋ６２２１：１９８７に規定の方法によって測定することができ、ＤＢＰ吸収量はＪＩＳ Ｋ６２１７−４：２００８に記載の方法によって測定することができる。
また、前記樹脂被覆カーボンブラックとしては、ｐＨ７．０未満の酸性カーボンブラックに樹脂を被覆した樹脂被覆カーボンブラックであることが好ましい。
この樹脂被覆カーボンブラックとして、ｐＨ７．０未満の酸性カーボンブラックに樹脂を被覆した樹脂被覆カーボンブラックが好ましいのは、ｐＨが低く酸性化されたものの方が表面官能基の作用によってカーボンブラックの結晶を構成しているポリベンゼンのπ電子の動きを緩慢なものとすることができパーコレーション領域における導電性弾性体の抵抗値の変化を緩やかなものとすることができるためである。
この樹脂被覆カーボンブラックとして、ｐＨ７．０未満の酸性カーボンブラックに樹脂を被覆した樹脂被覆カーボンブラックが好ましいのは、ｐＨが低く酸性化されたものの方が表面官能基の作用によってカーボンブラックの結晶を構成しているポリベンゼンのπ電子の動きを緩慢なものとすることができパーコレーション領域における導電性弾性体の抵抗値の変化を緩やかなものとすることができるためである。
この酸性カーボンブラックに被覆する樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂などを採用することができるが、中でも樹脂被覆カーボンブラックの粉体状態での抵抗値を前記酸性カーボンブラックに比べて２〜３倍に向上させることができ、パーコレーション領域における導電性弾性体の抵抗値の変化をより一層緩やかなものとすることができる点においてエポキシ樹脂を用いることが好ましい。
また、エポキシ樹脂の中でも、アミノフェノール型多官能エポキシ樹脂を用いることが好ましく、このようなエポキシ樹脂を酸性カーボンブラック１００質量部に対して５〜２０質量部となる割合で用いることが好ましい。
また、エポキシ樹脂の中でも、アミノフェノール型多官能エポキシ樹脂を用いることが好ましく、このようなエポキシ樹脂を酸性カーボンブラック１００質量部に対して５〜２０質量部となる割合で用いることが好ましい。
この樹脂被覆カーボンブラックとｐＨが７．５以上の前記カーボンブラックとの内、熱硬化性ポリウレタンの硬化促進には、後者のカーボンブラックの方が寄与率が高いことから、導電性弾性体を形成させるための前記分散液には、当該カーボンブラックをある程度以上含有させることが好ましく、前記カーボンブラックと前記樹脂被覆カーボンブラックとは、３０：７０〜５０：５０の質量比率で用いることが好ましい。
また、これらのカーボンブラックは、その合計量が６質量％以上７質量％以下となるように前記分散液に含有させることが好ましく、この好ましい態様を採用することにより、分散液の硬化反応をより促進させることができ、パーコレーション領域における抵抗値の変化をより一層抑制させることができる。
また、これらのカーボンブラックは、その合計量が６質量％以上７質量％以下となるように前記分散液に含有させることが好ましく、この好ましい態様を採用することにより、分散液の硬化反応をより促進させることができ、パーコレーション領域における抵抗値の変化をより一層抑制させることができる。
なお、本実施形態の電子写真装置用ローラー１の弾性体層１２を形成させる導電性弾性体には、他の導電剤や添加剤等を本発明の効果が著しく損なわれない範囲において含有させることができる。
また、この弾性体層１２の表面を覆う表面被覆層１３は、例えば、熱可塑性ポリウレタン、熱硬化性ポリウレタン、アクリル系樹脂などをベースポリマーとしカーボンブラックや黒鉛などの導電剤を含有させたポリマー組成物によって形成させることができる。
さらに、前記芯金２１は、例えば、銅、鉄、アルミニウム、ニッケル等の金属及びその合金からなるものや、これらに、溶融めっき、電解めっき、無電解めっきなどの手段によるめっきを施したものを用いることができる。
さらに、前記芯金２１は、例えば、銅、鉄、アルミニウム、ニッケル等の金属及びその合金からなるものや、これらに、溶融めっき、電解めっき、無電解めっきなどの手段によるめっきを施したものを用いることができる。
次いで、このような電子写真装置用ローラー１を製造する製造方法について説明する。
本実施形態に係る電子写真装置用ローラー１は、所謂注型成形によって芯金１１の外周に導電性弾性体を所定厚みで形成させた後、この導電性弾性体の外径を調整して前記弾性体層１２を形成させ、該弾性体層１２の表面に前記表面被覆層１３を設けることによって製造することが可能である。
より具体的には、例えば、製造する弾性体層１２の外径よりも僅かに大径な円柱状のキャビティを有する金型の中心部に芯金１１をセットするとともに前記熱硬化性ポリウレタンに導電剤を分散させた分散液を作製し、前記金型に該分散液を注入して、金型ごと加熱して前記分散液を熱硬化させた後に脱型し、芯金周りに円筒状に硬化した導電性弾性体の外周面を研磨して弾性体層１２として求められる寸法に調整した後で前記表面被覆層１３を設けることによって製造することが可能である。
本実施形態に係る電子写真装置用ローラー１は、所謂注型成形によって芯金１１の外周に導電性弾性体を所定厚みで形成させた後、この導電性弾性体の外径を調整して前記弾性体層１２を形成させ、該弾性体層１２の表面に前記表面被覆層１３を設けることによって製造することが可能である。
より具体的には、例えば、製造する弾性体層１２の外径よりも僅かに大径な円柱状のキャビティを有する金型の中心部に芯金１１をセットするとともに前記熱硬化性ポリウレタンに導電剤を分散させた分散液を作製し、前記金型に該分散液を注入して、金型ごと加熱して前記分散液を熱硬化させた後に脱型し、芯金周りに円筒状に硬化した導電性弾性体の外周面を研磨して弾性体層１２として求められる寸法に調整した後で前記表面被覆層１３を設けることによって製造することが可能である。
なお、前記分散液の製造には、一般的な混練装置を利用することができ、例えば、前記カーボンブラックと前記樹脂被覆カーボンブラックとをロール混練機等で前記ポリオールに分散させた後、このカーボンブラックを分散させたポリオールとイソシアネートとをプロペラ式攪拌機等で混合して分散液を作製することができる。
また、前記分散液には、必要に応じて触媒等を含有させてもよい。
このとき作製する分散液は、注型作業の作業性の観点から、例えば、温度を調整するなどして粘度が５００ｍＰｓ・ｓ程度となるように調整して注型成形に用いることが好ましい。
また、前記分散液には、必要に応じて触媒等を含有させてもよい。
このとき作製する分散液は、注型作業の作業性の観点から、例えば、温度を調整するなどして粘度が５００ｍＰｓ・ｓ程度となるように調整して注型成形に用いることが好ましい。
前記注型成形における加熱温度は、特に限定されるものではないが、９０℃〜１５０℃程度の温度とすることができる。
また、必要に応じて脱型後、得られた成形物をさらに加熱してアフターキュアを実施しても良い。
なお、芯金１１の外周において硬化させた導電性弾性体は、その表面を研磨テープなどで研磨して弾性体層１２へと仕上げることができる。
また、必要に応じて脱型後、得られた成形物をさらに加熱してアフターキュアを実施しても良い。
なお、芯金１１の外周において硬化させた導電性弾性体は、その表面を研磨テープなどで研磨して弾性体層１２へと仕上げることができる。
本実施形態においては、分散液に含有させる導電剤として、ｐＨ７．５以上、ＤＢＰ吸収量５０ｍｌ／１００ｇ以下、揮発分１．１質量％以下のカーボンブラックと樹脂被覆カーボンブラックとが用いられることから、脱型可能な硬化状態となるまでの時間を従来の方法に比べて短縮させることができる。
従って、タクトタイムの短縮を図ることができ、電子写真装置用ローラーの生産効率を従来に比べて向上させることができる。
しかも、樹脂被覆カーボンブラックが用いられることでパーコレーション領域における導電性弾性体の抵抗値の変化を抑制させることができるため、従来安定して良品を作製することが困難であった中抵抗の弾性体層を有する電子写真装置用ローラーの歩留りを大幅に向上させ得る。
従って、タクトタイムの短縮を図ることができ、電子写真装置用ローラーの生産効率を従来に比べて向上させることができる。
しかも、樹脂被覆カーボンブラックが用いられることでパーコレーション領域における導電性弾性体の抵抗値の変化を抑制させることができるため、従来安定して良品を作製することが困難であった中抵抗の弾性体層を有する電子写真装置用ローラーの歩留りを大幅に向上させ得る。
また、この弾性体層１２の表面に前記表面被覆層１３を形成させる際には、例えば、前記ベースポリマーを可溶な有機溶剤に当該ベースポリマーを溶解させるとともに導電剤を分散させてコーティング液を作製し、該コーティング液を弾性体層１２の表面にコーティングした後に乾燥させるような方法を採用することができる。
なお、本実施形態においては、表面被覆層を備えた電子写真装置用ローラーを例示しているが、導電性弾性体からなる弾性体層のみが芯金の外周に備えられている電子写真装置用ローラーも本発明の意図する範囲のものである。
また、芯金との間や表面被覆層との間に他の層を備えた電子写真装置用ローラーも本発明が意図する範囲である。
さらに、本発明の導電性弾性体の製造方法は、電子写真装置用ローラーの弾性体層を形成させる場合にのみ利用されるものではなく、各種の導電性弾性体の製造において利用されるものである。
また、芯金との間や表面被覆層との間に他の層を備えた電子写真装置用ローラーも本発明が意図する範囲である。
さらに、本発明の導電性弾性体の製造方法は、電子写真装置用ローラーの弾性体層を形成させる場合にのみ利用されるものではなく、各種の導電性弾性体の製造において利用されるものである。
次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
（分散液の調整）
まず、三菱化学製の酸性カーボンブラック（商品名「ＭＡ８」、ｐＨ３、ＤＢＰ吸収量５７ｍｌ／１００ｇ、揮発分３質量％）をエポキシ樹脂で被覆して樹脂被覆カーボンブラックを作製した。
次いで、この樹脂被覆カーボンブラックとｐＨ８、ＤＢＰ吸収量４５ｍｌ／１００ｇ、揮発分１．１質量％の三菱化学製の中性カーボンブラック（商品名「４５Ｌ」）とを質量比率で４５：５５（中性カーボンブラック「４５Ｌ」：樹脂被覆カーボンブラック）の割合となるように旭硝子製のポリエーテルポリオール（商品名「プレミノールＳ３００３」、水酸基価：５６ｍｇＫＯＨ／ｇ、分子量３０００）にロール分散させた。
このカーボンブラックを分散させたポリオールに、得られる導電性弾性体の硬さ（アスカーＣ硬度）を７６±３度に調整するためにポリオキシアルキレンポリオール（住化バイエルウレタン製、商品名「スミフェンＴＭ」、水酸基価：３６３ｍｇＫＯＨ／ｇ、分子量４００）をさらに加え、反応触媒（ジメチル脂肪酸モノカルボン酸塩、活材ケミカル製、商品名「ＵＬ２８」）とメタ−キシレンジイソシアネート（三井化学社製、商品名「タケネート５００」）とを加えて導電性弾性体を形成させるための分散液を作製した。
なお、樹脂被覆カーボンブラックと中性カーボンブラックとを含有させたポリエーテルポリオールと、ポリオキシアルキレンポリオールと、メタ−キシレンジイソシアネートとの配合割合は、１０：５：１３とし、この分散液に含有するカーボンブラックの合計量が、６．５質量％となるように調整した。
また、前記反応触媒は、熱硬化性ポリウレタンに占める割合が１５０ｐｐｍとなるように調整した。
（実施例１）
（分散液の調整）
まず、三菱化学製の酸性カーボンブラック（商品名「ＭＡ８」、ｐＨ３、ＤＢＰ吸収量５７ｍｌ／１００ｇ、揮発分３質量％）をエポキシ樹脂で被覆して樹脂被覆カーボンブラックを作製した。
次いで、この樹脂被覆カーボンブラックとｐＨ８、ＤＢＰ吸収量４５ｍｌ／１００ｇ、揮発分１．１質量％の三菱化学製の中性カーボンブラック（商品名「４５Ｌ」）とを質量比率で４５：５５（中性カーボンブラック「４５Ｌ」：樹脂被覆カーボンブラック）の割合となるように旭硝子製のポリエーテルポリオール（商品名「プレミノールＳ３００３」、水酸基価：５６ｍｇＫＯＨ／ｇ、分子量３０００）にロール分散させた。
このカーボンブラックを分散させたポリオールに、得られる導電性弾性体の硬さ（アスカーＣ硬度）を７６±３度に調整するためにポリオキシアルキレンポリオール（住化バイエルウレタン製、商品名「スミフェンＴＭ」、水酸基価：３６３ｍｇＫＯＨ／ｇ、分子量４００）をさらに加え、反応触媒（ジメチル脂肪酸モノカルボン酸塩、活材ケミカル製、商品名「ＵＬ２８」）とメタ−キシレンジイソシアネート（三井化学社製、商品名「タケネート５００」）とを加えて導電性弾性体を形成させるための分散液を作製した。
なお、樹脂被覆カーボンブラックと中性カーボンブラックとを含有させたポリエーテルポリオールと、ポリオキシアルキレンポリオールと、メタ−キシレンジイソシアネートとの配合割合は、１０：５：１３とし、この分散液に含有するカーボンブラックの合計量が、６．５質量％となるように調整した。
また、前記反応触媒は、熱硬化性ポリウレタンに占める割合が１５０ｐｐｍとなるように調整した。
（ローラーの作製）
芯金（φ１０ｍｍ）を収容させた金型に分散液を注入し、１２５℃の温度で８分間熱硬化を行い、脱型後室温で８ｈ熟成させた後、番手Ｃ＃６００の研磨テープを用いて外径寸法及び表面粗さを調整して厚み約３ｍｍで長さ２３７ｍｍの弾性体層を有するローラーを作製した。
なお、分散液の粘度は、約６０℃において５２０ｍＰａ・ｓで注型作業を良好に行いうるものであった。
また、脱型直後の弾性体層の硬さは７８度であり十分に硬化が完了している状態であった。
芯金（φ１０ｍｍ）を収容させた金型に分散液を注入し、１２５℃の温度で８分間熱硬化を行い、脱型後室温で８ｈ熟成させた後、番手Ｃ＃６００の研磨テープを用いて外径寸法及び表面粗さを調整して厚み約３ｍｍで長さ２３７ｍｍの弾性体層を有するローラーを作製した。
なお、分散液の粘度は、約６０℃において５２０ｍＰａ・ｓで注型作業を良好に行いうるものであった。
また、脱型直後の弾性体層の硬さは７８度であり十分に硬化が完了している状態であった。
（ローラーの評価）
ＳＵＳドラム（φ３０ｍｍ）の外周面に弾性体層が全長にわたって接するようにローラーをセットし、芯金の両端にそれぞれＳＵＳドラムの中心軸方向に向けて５００ｇｆの荷重を加えた。
この状態で前記ＳＵＳドラムを３０ｒｐｍの回転数で回転させてローラーを共回りさせ、芯金とＳＵＳドラムとの間に３００Ｖの直流電圧を加えて流れた電流値から弾性体層の抵抗値を算出した。
その結果、実施例１のローラーの弾性体層は、３×１０5Ωの抵抗値であることがわかった。
ＳＵＳドラム（φ３０ｍｍ）の外周面に弾性体層が全長にわたって接するようにローラーをセットし、芯金の両端にそれぞれＳＵＳドラムの中心軸方向に向けて５００ｇｆの荷重を加えた。
この状態で前記ＳＵＳドラムを３０ｒｐｍの回転数で回転させてローラーを共回りさせ、芯金とＳＵＳドラムとの間に３００Ｖの直流電圧を加えて流れた電流値から弾性体層の抵抗値を算出した。
その結果、実施例１のローラーの弾性体層は、３×１０5Ωの抵抗値であることがわかった。
（実施例２〜１３）
樹脂被覆カーボンブラック（樹脂被覆ＣＢ）と中性カーボンブラック（中性ＣＢ）との割合、ならびに、これらの導電剤の含有量を下記表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にローラーを作製し、実施例１と同様に評価した。
この評価結果を併せて下記表１に示す。
樹脂被覆カーボンブラック（樹脂被覆ＣＢ）と中性カーボンブラック（中性ＣＢ）との割合、ならびに、これらの導電剤の含有量を下記表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にローラーを作製し、実施例１と同様に評価した。
この評価結果を併せて下記表１に示す。
（比較例１）
樹脂被覆カーボンブラック、及び、中性カーボンブラックの何れも用いずに樹脂被覆カーボンブラックのもとになっている酸性カーボンブラック（商品名「ＭＡ８」）のみを導電剤として用い、この酸性カーボンブラックの割合が６質量％となるように分散液を作製し、実施例と同様に注型、１２５℃での熱硬化を実施した。
その結果、８分では脱型に適した状態になっておらず、２０分かけて硬化を実施した。
しかし、脱型直後の弾性体層の硬さは６７度で、加熱時間２０分でも未だ十分に硬化が完了していないことがわかった。
なお、この比較例１における分散液の粘度は５２０ｍＰａ・ｓで弾性体層の抵抗値は５×１０5Ωであった。
樹脂被覆カーボンブラック、及び、中性カーボンブラックの何れも用いずに樹脂被覆カーボンブラックのもとになっている酸性カーボンブラック（商品名「ＭＡ８」）のみを導電剤として用い、この酸性カーボンブラックの割合が６質量％となるように分散液を作製し、実施例と同様に注型、１２５℃での熱硬化を実施した。
その結果、８分では脱型に適した状態になっておらず、２０分かけて硬化を実施した。
しかし、脱型直後の弾性体層の硬さは６７度で、加熱時間２０分でも未だ十分に硬化が完了していないことがわかった。
なお、この比較例１における分散液の粘度は５２０ｍＰａ・ｓで弾性体層の抵抗値は５×１０5Ωであった。
（比較例２）
中性カーボンブラックを用いずに樹脂被覆カーボンブラックのみ用いたこと以外は実施例と同様にローラーを作製した。
その結果、加熱時間８分で脱型することができたが脱型直後の弾性体層の硬さが５７度しかなく十分に硬化が完了していない状態であった。
なお、この比較例２における分散液の粘度は４６０ｍＰａ・ｓで弾性体層の抵抗値は５×１０7Ωであった。
中性カーボンブラックを用いずに樹脂被覆カーボンブラックのみ用いたこと以外は実施例と同様にローラーを作製した。
その結果、加熱時間８分で脱型することができたが脱型直後の弾性体層の硬さが５７度しかなく十分に硬化が完了していない状態であった。
なお、この比較例２における分散液の粘度は４６０ｍＰａ・ｓで弾性体層の抵抗値は５×１０7Ωであった。
（比較例３）
樹脂被覆カーボンブラックの量を６．５質量％に代えて１０質量部としたこと以外は比較例２と同様にローラーを作製した。
その結果、１３分掛けて熱硬化を行ったが脱型直後の弾性体層の硬さは、６０度しかなく十分に硬化が完了していない状態であった。
なお、この比較例３における分散液の粘度は５３０ｍＰａ・ｓで弾性体層の抵抗値は７．１×１０6Ωであった。
樹脂被覆カーボンブラックの量を６．５質量％に代えて１０質量部としたこと以外は比較例２と同様にローラーを作製した。
その結果、１３分掛けて熱硬化を行ったが脱型直後の弾性体層の硬さは、６０度しかなく十分に硬化が完了していない状態であった。
なお、この比較例３における分散液の粘度は５３０ｍＰａ・ｓで弾性体層の抵抗値は７．１×１０6Ωであった。
以上のことからも、ｐＨ７．５以上、ＤＢＰ吸収量５０ｍｌ／１００ｇ以下、揮発分１．１質量％以下のカーボンブラックと樹脂被覆カーボンブラックとを併用することで熱硬化性ポリウレタンの硬化を促進させることができ導電性弾性体を効率よく製造しうることがわかる。
また、本発明によれば、製造容易な電子写真装置用ローラーが提供され得ることが上記の結果からもわかる。
また、本発明によれば、製造容易な電子写真装置用ローラーが提供され得ることが上記の結果からもわかる。
１：電子写真装置用ローラー、１１：芯金、１２：弾性体層（導電性弾性体）、１３：表面被覆層
Claims (4)
- 熱硬化性ポリウレタンに導電剤を分散させた分散液を作製し、該分散液を硬化させて導
電性弾性体を作製する導電性弾性体の製造方法であって、
前記導電剤として、（ａ）カーボンブラックと（ｂ）樹脂被覆カーボンブラックとを用い、前記（ａ）カーボンブラックは、ｐＨ７．５以上、ＤＢＰ吸収量５０ｍｌ／１００ｇ以下、揮発分１．１質量％以下のカーボンブラックであることを特徴とする導電性弾性体の製造方法。 - 前記（ｂ）樹脂被覆カーボンブラックが、ｐＨ７．０未満の酸性カーボンブラックにエポキシ樹脂を被覆した樹脂被覆カーボンブラックである請求項１記載の導電性弾性体の製造方法。
- 前記（ａ）カーボンブラックと前記（ｂ）樹脂被覆カーボンブラックとを３０：７０〜５０：５０の質量比率で用い、且つ、合計量が６．０質量％以上７．０質量％以下となるように前記分散液に含有させる請求項１又は２記載の導電性弾性体の製造方法。
- 芯金の外周に導電性弾性体からなる弾性体層を備えた電子写真装置用ローラーであって、
前記導電性弾性体が、熱硬化性ポリウレタンに導電剤を分散させた分散液を硬化させてなり、前記導電剤として、（ａ）カーボンブラックと（ｂ）樹脂被覆カーボンブラックとが含有されており、前記（ａ）カーボンブラックは、ｐＨ７．５以上、ＤＢＰ吸収量５０ｍｌ／１００ｇ以下、揮発分１．１質量％以下のカーボンブラックであることを特徴とする電子写真装置用ローラー。
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